王玉武,渾寶炬

(1.河北聯(lián)合大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,河北唐山063009;2.開灤東歡坨礦,河北 唐山064002)

0 引 言

開灤東歡坨礦業(yè)公司位于河北省豐潤縣境內(nèi),屬于開平煤田車軸山向斜,為沖積平原地形,地面標(biāo)高+20m,現(xiàn)礦井含經(jīng)濟可采煤層4個,分別是8、9、11、12-1。礦井目前年生產(chǎn)能力為300萬噸/年。幾年來,公司是按照集團公司制定發(fā)展方向,逐步由基建型礦井轉(zhuǎn)向生產(chǎn)經(jīng)營型礦井。礦井回采工藝由比較落后的炮采工藝,被技術(shù)水平較高的綜采機械化回采工藝所取代,充分發(fā)揮了機械化的優(yōu)勢。在11,12-1薄煤層中應(yīng)用薄煤層綜采配套設(shè)備的回采實踐中,通過現(xiàn)場實踐與理論相結(jié)合,在東歡坨大傾角薄煤層綜采方面取得了一些回采經(jīng)驗和方法,使大傾角薄煤層綜采技術(shù)在生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用,發(fā)揮了明顯的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟效益[1-3]。

1 概況

1.1 地質(zhì)條件

東歡坨礦薄煤層回采工作面的主要布置11、121煤層,兩煤層均為穩(wěn)定可采煤層,煤層厚度在1.2～2.3m之間,結(jié)構(gòu)簡單平均傾角在23°～25°之間,局部在回采過程中達到過28°以上,工作面在回采過程中主要受煤5頂板強含水層影響和奧灰水影響。此外,工作面內(nèi)的斷層、褶曲構(gòu)造也是影響回采的主要問題,表1。

表1 11煤層頂?shù)装逄匦?/p>

1.2 工作面設(shè)備配套情況

支架:ZY 2800-10/23型支架;

支架初撐力:1784～2180kN;

支架工作阻力:2800～2288kN;

工作面運輸機:SGD730/264中雙鏈刮板輸送機;

采煤機:MG200/500-AWD型雙滾筒采煤機,如圖1。

圖1 薄煤層綜采三機配套

1.3 工作面回采狀況

通過該套設(shè)備目前在礦北一、中央采區(qū)已回采薄煤層工作面12個,充分發(fā)揮了設(shè)備的優(yōu)越性,設(shè)備問題較少,維護量小。

2 工作面運輸系統(tǒng)設(shè)備管理

2.1 運輸設(shè)備管理

綜采工作面運輸設(shè)備是生產(chǎn)正常進行的重要環(huán)節(jié),其中任意一環(huán)出了問題,整個生產(chǎn)系統(tǒng)都將停頓,所以說把好運輸系統(tǒng)是工作重點。

2.1.1 綜采工作面必須有完善、嚴(yán)格的檢修制度,真正落實“包機制”,做到真正的檢修到位,把主動養(yǎng)護設(shè)備作為設(shè)備完好使用的基礎(chǔ)工作。

2.1.2 綜采工作面運輸設(shè)備的“以雙保單”工作要落實到實際當(dāng)中去,備品備件要充足到位,是減少生產(chǎn)班機電事故處理時間較長的有效手段。

2.1.3 加強生產(chǎn)班運輸人員的管理和培訓(xùn),提高他們發(fā)現(xiàn)問題,解決問題的能力。

2.2 機電技術(shù)人員的培養(yǎng)

3.2.1 建立完善的機電檢修技術(shù)人員的培養(yǎng)工作,真正做到一專多能。

3.2.2 現(xiàn)場管理人員要懂得基本的機電知識和機電事故的處理方法。

3 工作面液壓系統(tǒng)的管理

3.1 抓好乳化液泵的管理,根據(jù)實際選擇配套的乳化液泵,保證工作面支護設(shè)備能夠達到額定的工作壓力;乳化液泵的使用嚴(yán)格按規(guī)章制度進行運轉(zhuǎn)、保養(yǎng)和檢修。

3.2 供液管路要清潔、安全可靠,各種液壓閥片和閥組要杜絕跑冒滴漏的問題,供液要實行閉式回路,增設(shè)過濾裝置,減少各種雜質(zhì)混入。各種液壓備件建賬統(tǒng)一管理和使用。

3.3 工作面液壓設(shè)備要有充足的備件,特別是易損件的配備要齊全。

4 工作面的防治水

東歡坨礦采用薄煤層回采工藝所采的工作面在回采過程中,基本都來出現(xiàn)了不同程度上的工作面涌水,包括頂板水,也包括底板水,給生產(chǎn)帶來一定影響。

4.1 工作涌水的基本特征

4.1.1 工作面涌水基本是隨工作面頂板初次垮落時產(chǎn)生的,一般頂板垮落為8～12m左右,即工作面推出切眼達到此距離后,工作面涌水必然下來。

4.1.2 工作面涌水在采區(qū)水平投產(chǎn)的首個工作面,涌水比較大,瞬時達到3.5 m3/min,在向上連續(xù)布置的工作面,涌水逐漸向穩(wěn)定階段過渡,至近回風(fēng)水平階段工作面主要以淋水為主,對工作面不會形成威脅。

4.2 工作面涌水的防治

4.2.1 工作面在初采開始前要布置好排水設(shè)備,排水設(shè)備的工作能力要根據(jù)地質(zhì)水文預(yù)測的最大涌水量來布置,并考慮一定的安全系數(shù),設(shè)備布置要考慮巷道長度、高差等方面的內(nèi)容,必須采用雙回路的排水電源。

4.2.2 工作面設(shè)備要調(diào)整至機頭超前機尾一定量,以達到工作面涌水從老塘主流的目的,減少工作面涌水沖涮支架架腳,造成倒架,於埋排水設(shè)備。

4.2.3 在必要時可以在工作面轉(zhuǎn)載機與皮帶之間加鋪中部槽帶眼或漏篩的輸送機,以達到水煤無法直接到皮帶,減少皮帶拉水煤,造成跑偏、斷帶事故的發(fā)生。

5 工作面回采調(diào)整和控制

5.1 工作面的割煤方法

工作面割煤的方法有多種,但針對不同煤層特點和采面地質(zhì)條件,選擇合適的割煤方法是非常必要的。

5.1.1 單向下行割煤

我們在針對11、12-1煤質(zhì)中硬性脆的特點上,基本采用端部斜切進刀雙向割煤和單向下行割煤的混合式割煤方法,在不斷實踐中,在頂板不穩(wěn)定,煤體松軟條件下,通過必要的單向下行割煤,其優(yōu)點是:

1)解決了大傾角條件下向上割煤時,煤塊易滾落傷及機組司機的問題。

2)減少支架間浮煤,降低了支架工勞動強度。

3)提高了煤炭的送裝率和回采率。

4)有利于工作面保證規(guī)格質(zhì)量。

5.1.2 雙向割煤

在我們回采的初期雙向割煤采用了很長時間,但從工作面的質(zhì)量管理的保持方面,對于大傾角工作面不如單向割煤,但雙向割煤有利于提高工作面設(shè)備實際運轉(zhuǎn)效率,減少機組返空刀的時間,有利于提高工作面產(chǎn)量。

5.2 支架與溜子的柔性聯(lián)接

在工作面的回采中,對支架與輸送機采用適當(dāng)?shù)娜嵝月?lián)接,對回采起了很好的促進作用,工作面進行較長距離調(diào)斜時,有利于支架間進行調(diào)量,防止支架傾倒。

5.3 工作面支架的防倒防滑

大傾角工作面支架的防倒在傳統(tǒng)的操作方法中有很多種,如防倒千斤頂、斜拉裝置等,東歡坨礦平常回采過程中主要通過控制機頭超前量,及時調(diào)整架向及端頭支架逼架板的使用,基本保證了工作面支架不發(fā)生傾倒。對于回采過程中的特殊條件下,如工作面傾角達到了26°以上時,必須采取傳統(tǒng)的防倒措施,增設(shè)端頭斜拉防倒和架間防倒裝置,同時要保證支架有足夠的初撐力,對工作面頂?shù)装瀹a(chǎn)生足夠的壓力,使支架充分接實頂?shù)装濉?/p>

5.4 工作面輸送機的控制

大傾角工作面輸送機下滑是回采的主要問題,通過合理的調(diào)整手段是解決問題的有效途徑。

5.4.1 工作面?zhèn)涡遍_采

工作面進行適當(dāng)?shù)膫涡遍_采,通常工作面長度在120 m以內(nèi),工作面保持機頭超前機尾5～7 m是保持工作面輸送機不下滑的基本條件,但在特殊情況下(如巷道起伏,傾角變化等),要根據(jù)工作面具體情況進行適當(dāng)調(diào)整。一般情況下可采用如下公式計算面溜下滑力大小:

式中 F——下滑力,kN;

α——煤層傾角;

f——摩擦系數(shù);

G1——輸送機自重,kG;

G2——采煤機自重,kG;

G3——輸送機存煤量重量,KG。

再根據(jù)公式,可計算出抵消下滑力時,支架與工作面走向夾角θ,

式中 n——支架數(shù)目;

p——千斤頂推力,kN;

d——千斤頂缸徑,mm;

b——溜槽之間影響系數(shù),一般取0.1;

θ——支架與走向產(chǎn)生的夾角;

β——輸送機槽可彎曲角度。

5.4.2 工作面采用斜拉千斤頂,根據(jù)工作面長度每隔10～15組支架增設(shè)一個防滑千斤頂,隨回采視運輸機機頭長短,隨時整體牽拉運輸機防止下滑。

5.4.3 通過工作面單向向上或向下順序移溜與偽斜開采配合,保證運輸機合理位置。

5.5 工作面調(diào)斜

5.5.1 工作面機尾調(diào)斜

1)首先確定工作面機尾調(diào)斜距離長度,調(diào)整好機頭與機尾的調(diào)斜比例,并在實際中進行適當(dāng)調(diào)整。

2)確定工作面機頭基本定位位置,并預(yù)留調(diào)整距離,保證機尾加斜時架間調(diào)量,防止擠架。

3)工作面支架與面溜在加斜后期,可將機頭與機尾硬聯(lián)接,向上和向下適當(dāng)摘改為柔性聯(lián)接,以保證架間調(diào)量和支架與面溜相對位置合理。

5.5.2 工作面機頭調(diào)斜

1)首先確定工作面機頭調(diào)斜距離長度,調(diào)整好機頭與機尾的調(diào)斜比例,并在實際中進行適當(dāng)調(diào)整。

2)確定工作面面溜加槽位置和數(shù)量。

3)工作面支架與面溜在加斜后期,可將機頭與面溜硬聯(lián)接,向上適當(dāng)摘改為柔性聯(lián)接,以保證架間調(diào)量和支架與面溜相對位置合理。

5.6 工作面仰、俯采

5.6.1 確定好工作面仰、俯采角度,備好足夠方子料和吊溜千斤頂。

5.6.2 工作面機組割煤時,預(yù)留機道臺階,防止面溜上漂或下剎過大。

5.6.3 仰采時要加強煤壁控制,俯采時要加強架前頂板控制。

6 工作面過復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造

薄煤層工作面過復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造,是工作面遇到的難題,這一方面主要集中在過斷層方面和應(yīng)力集中頂板破碎帶及老巷,為適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件,采取了一些有效的相關(guān)措施。

6.1 工作面加鋪金屬頂網(wǎng),用于封閉頂板,便于回采時架前窩板、逼幫,超前支護頂板和護幫。

6.2 工作面支架下加打點柱,用單體柱,亦可用木柱,防止支架被壓死。

6.3 調(diào)整工作面回采方向與構(gòu)造之間的角度,盡可能的減小頂板暴露面積,保持帶壓移架和支架足夠的初撐力[4]。

6.4 頂板及煤壁易冒、易劈時,必要時采用人工旱做,刷隔斷方式,逐段進行。

7 工作面如何提高回采率

7.1 單向下行割煤,提高煤的送裝率。

7.2 由于煤層厚度平均在3.5～4.0m左右,通常情況下采用單輪順序自下而上放煤,煤層較厚時采用多輪放煤。

7.3 保證支架的初撐力,使支架支撐力能夠有效的起到對頂煤頂煤的預(yù)裂作用,保證支架頂煤能夠在支架尾梁處充分碎裂,能夠有效放煤。

7.4 工作面設(shè)專職放煤工,保證煤能夠放凈,盡量減少支架脊背煤損失。

7.5 實現(xiàn)工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè),保證工程進度,在合理工作時間內(nèi)完成當(dāng)班循環(huán)工作量。

8 經(jīng)濟效益

8.1 工作面直接工效由炮采20噸/工,到綜采直接工效35～45噸/工,生產(chǎn)效率提高了75%～125%,月產(chǎn)量由炮采21000噸,上升到48200噸。

8.2 生產(chǎn)原煤材料直接成本由炮采的8.56元/噸,下降到薄煤層綜采時的2.15元/噸。

9 結(jié) 論

實踐表明,在大傾角較薄煤層中應(yīng)用綜采配套設(shè)備,是最佳的支護方式,拓寬了綜采技術(shù)適用范圍,取得了非常好的經(jīng)濟效益,薄煤層設(shè)備的大力應(yīng)用,通過消除生產(chǎn)中設(shè)備問題,管理問題,復(fù)雜地質(zhì)條件下的合理應(yīng)用技術(shù),對東歡坨礦高產(chǎn)高效的發(fā)展有著巨大的推動作用,實踐中的生產(chǎn)技術(shù)對大傾角薄煤層綜采管理有指導(dǎo)作用。

[1] 伍永平,東風(fēng).大傾角綜采支架穩(wěn)定性控制[J].礦山壓力與頂板管理,1999(3～4).

[2] 陳炎光,錢鳴高.中國煤礦采場圍巖控制[M].江蘇徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1994.

[3] 徐永圻.采礦學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2003:15-18.

[4] 李建民.開灤復(fù)雜煤層綜合機械化開采技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社.2007:35～38.