薄煤层综采安全高效开采技术

薄煤层综采安全高效开采技术

1基岩细砂岩地层山西省晋阳市王台铺煤矿有限公司（原王台铺矿）厚煤层已全部开采，现在开采9层。九号煤层底板标高为+622.59～+751.53m,煤层厚度0.35～2.72m,平均1.5m。煤厚由北向南呈加厚趋势,含0～3层夹矸,其层数北部多于南部,夹矸厚0.01～0.35m;基本顶为砂质泥岩、细砂岩,厚1.8～8.3m,较硬;直接顶为K4灰岩,有时相变为砂质泥岩或泥质灰岩,K4灰岩厚0～3.05m,一般为0.56m左右,致密坚硬,节理裂隙发育,抗拉强度平均3.90MPa,抗剪强度平均370MPa,无伪顶;直接底为泥岩,平均厚度0.8～4.69m,稳定性差,强度低,抗拉强度平均0.36MPa,抗剪强度平均1.02MPa;老底为砂质泥岩,灰色,一般在3m以上,致密坚硬。王台铺煤矿九号煤以综采为主,辅以巷柱式回收边角煤柱。综采工作面倾斜长一般为179.6m,走向长一般在600～1800m之间,主要可采区域平均煤厚1.52m。九号煤综采工作面设备见表1。在薄煤层开采时,由于煤层薄,循环产量小,只有提高推进速度才能实现安全高效开采。然而在工作面推进过程中,由于工作面空间小,回采过程中尤其是遇到地质条件变化等困难时,可供调整的余地很小,给安全高效回采带来很大的困难。经过十几年的实践,摸索出了一套在九号薄煤层条件下实现安全高效的方法。2加强工作面安全标准化管理综采工作面要实现安全高效,保证工作面设备正常运转是前题,强化工作面安全质量标准化管理是基础,加强工作面顶板控制是关键,进行工艺革新是有效手段。2.1设备老化严重目前,王台铺矿九号煤综采工作面主要设备服务年限已达10余年,尤其是液压支架已投入运行16年,设备老化严重制约着生产。此外,由于工作面空间狭小需专门创造条件才能实现对设备大部件的检修。因此,加强工作面设备检修、维护,保证设备完好是实现高效生产的前提条件。(1)设备检修和检查设备检修和检查制度历来就有,但设备严重老化,原有的检修周期、检查力度已远远不能适应生产需要。因此,针对设备现状进一步完善设备检修和检查制度十分必要。首先要针对设备现状,对原有的设备检修和检查管理制度加以修改和完善,对存在缺项、漏项、不完善的地方及时修改、补充完善。其次是要求检修人员严格按照检修检查制度执行,确保检修质量关,并重点加强对老化设备的检修,缩短日常维护周期。此外,要在生产作业考核上有意识向检修作业倾斜,以调动检修人员的积极性、主动性,从而保证设备的正常运行。(2)设备存在的问题对于综采工作面生产活动,生产班组在整个作业过程中接触设备最多、对设备的运行状况最了解、对设备存在的问题洞察最为清楚。而要实现减少设备事故,避免设备故障影响生产,必须在生产过程中加强对设备的监控,并为检修班组提供真实、准确的设备故障信息,及时将设备故障信息反馈给检修班组,以便进行针对性检修,节省出更多时间投入到预防性检修和维护中。(3)提前进行设备处理由于工作面空间狭小需要专门创造条件才能实现对重点设备关键部位特别是大部件的检修,在生产设备的预防性检修过程中,把一些潜在或可能发生故障的设备提前进行处理,减少大部件损坏突发事故的频率。(4)工作面支架故障在实践中,加快推进速度的这一系列工序中,移架支护常常成为瓶颈,也就是移架支护的速度跟不上机组割煤的速度,究其原因主要是因为液压支架工作状态差,表现在两个方面:一是工作面支架漏液窜液严重,造成多台泵运行工作面支架依然移动缓慢,跟不上割煤速度。二是由于拉架速度慢,势必会采取分段拉架或插花拉架跟上割煤,使滞后部分的支架载荷增大,工作状态恶化,形成恶性循环。支架数量最多,且其易损件(如各种密封、控制阀)也多,尤其是使用多年的老支架,如果检修维护跟不上势必造成上述被动局面。因此,适时对支架进行大修,保证其整体工作状态良好,切实做好日常检修维护,是防止以上问题发生的根本途径。2.2面线支架滞后于其他支架,造成压死,导致荷载没有定期存废安全质量标准化的控制是工作面实现安全高效生产的重要因素,尤其是工作面直线度、采高、端面距、积水等指标的控制十分重要。王台铺矿九号煤开采初期,综采工作面经常出现压死支架事故,不仅严重影响生产进度,影响作业安全,而且造成设备严重损坏。导致压架事故频发,除了自然条件的突然变化(如工作面突然出现锅底状构造)外,主观上的原因主要为:一是工作面采高控制不好,底板出现台阶。底板抬高,很可能造成压死支架。二是工作面直线度差,端面距超规定要求,导致工作面部分支架滞后于其他支架,造成这部分滞后支架承担的载荷急剧增加,直至被压死。为解决以上问题需采取以下措施:(1)每班实行专人割底刀,责任落实到人后,精心操作从而避免事故。(2)严格控制支架端面距、直线度,将支架端面距、直线度严格控制在规程规定范围之内,是避免工作面部分支架滞后导致承担的载荷急剧增加,发生压架现象的有效途径。(3)加强现场督察力度,严格工程质量考核,并设专人对工程质量进行检查控制,确保上述措施能切实落实。此外,由于煤层直接底板为泥岩,在工作面有积水情况下,底板泥岩发生软化、分解,底板抗压强度降低,其完整性极易在拉架过程中受到破坏,一方面支架底座陷入松软矸石中,增大了拉架阻力,导致拉架困难;另一方面增加了工作面清矸工作量,增加了工人劳动强度,降低了生产效率,而且大量矸石不得不清入工作面输送机中,增大了原煤含矸量,煤质降低。为此,必须加强工作面文明生产管理,局部低洼区增设潜水泵及时排除积水,避免因积水软化底板导致清煤、拉架困难。因此,加强工作面安全质量标准化管理是促进安全高效生产的必要手段,而且越是在生产条件恶化、生产活动处于被动局面的情况下,越要把安全质量标准化管理工作放在首要位置,这是井下生产活动中总结出来的实现薄煤层安全高效稳产的重要原则。2.3加强对工作场所屋顶的控制顶板控制的重点在两端头及构造区或工作面顶板条件恶化区域。这些区域容易造成顶板事故,影响生产。必须从以下几方面入手抓好顶板控制工作。(1)浪型顶板控制九号煤直接顶为K4灰岩,有时相变为砂质泥岩或泥质灰岩,当相变为泥质灰岩时,厚度不稳定且黏结性差,节劈理发育,岩层层理不稳定呈小波浪型,且含多层白色石英矿条带,拉架前常发生抽条冒顶,甚至随采随落,给日常顶板控制带来困难。为此,在工作面直接顶相变为泥质灰岩且顶板状况不好的情况下,要及时采取在架间或支架顶梁上穿板梁,加强对支架梁端的支护,并缩小端面距。同时要根据现场情况及时将工作面ZZ4000/9/21型滞后支架由滞后推输送机拉架改为超前推拉架,以降低顶板暴露面积和时间,减少抽条冒顶面积,必要时还可采取割1刀拉1架的方法。(2)巷道内锚杆、锚索支护方式控制顶板下沉量工作面两端头是应力集中区,也是各种设备设施布置集中的区域,该处空间狭窄,尤其是机头,设备多、空间小,顶板一旦出现下沉或冒落,就会导致安全出口不畅、出煤不畅,生产将十分被动。为此,采取在巷道内超前补打锚杆、锚索加强支护方式控制顶板的下沉量,取得了非常好的效果。此外,在端头区域日常管理过程中,还要加强对煤帮的及时维护以减少片帮,尽管片帮对薄煤层回采影响不大,但片帮容易造成支架端面距增大、三角区支护难度增大等问题,不利于顶板维护。常用方法有打贴帮柱和打贴帮板梁两种,后一种方法常与超前拉架配合使用,简单方便,安全可靠,非常适用。(3)构造区域顶板控制出现地质构造区域通常伴随着矿山压力的增大,工作面支护困难,支架让压,工作面空间进一步变小,造成行人困难,设备通过困难,甚至造成压死支架,生产停顿。构造区域顶板完整性差,经常发生冒顶。所以,及时有效地控制构造区域顶板是通过构造区域的关键。九号煤综采工作面由于空间限制,移架作业不能紧跟机组前滚筒进行,只能在机组后方追机及时移架支护,这样即使已经进行了超前移架,从支架前滚筒后方到机组后方可以移架支护处仍有15m左右的暴露顶板无法及时进行支护,对于节劈理极其发育的顶板很可能在此区段冒落。对于这种对生产极为不利的顶板控制有两种方法:一是留部分顶煤(200～300mm)作为临时支撑,追机及时移架支护,移架过程中带压擦顶拉架顶掉顶煤;二是采用少割快拉的方式,即缩小循环进度(每循环0.2～0.3m),减少顶板暴露面积,及时移架支护,对该区段采用增加循环次数来保证与工作面其他部分进度一致。2.4提高作业效率根据回采实践经验进行工艺和技术的更新会使生产作业安全更有保障,使作业效率得到快速提高。在多年开采过程中,针对制约安全高效生产的环节或设备进行技术更新和有益的工艺革新尝试,取得了十分显著的效果。(1)底板起伏和采高变化适应性差两种支架各有优缺点:ZZ3600/13/25型支架为及时支护型,能及时移架,对控制顶板有利,但其最小支护高度为1.3m,对于平均只有1.5m厚度的九号煤的煤层底板起伏和采高变化适应性差;ZZ4000/9/21最小支护高度为0.9m,对底板起伏和采高变化的适应能力强,但其为滞后支护,对顶板支护不利,且其前端的前梁千斤顶下凸较多,对于空间有限的九号煤综采工作面尤其不适应,常出现人员行走中碰头、机组不能正常通过等问题。经过多次建议,在集团公司的大力支持下,对两种支架进行了优势互补的改造,将ZZ4000/9/21型支架改为整体顶梁,并将其长框架改造为短框架,使其实现及时支护,在实际应用中获得了成功。(2)增加产量及增量目前九号煤使用的采煤机的总功率为600kW,其下刀基本上只有割300mm左右的煤,总体功率过剩,所以加大截深,加大循环进度,提高单产是可行的。如果截深达到800mm,在其截割速度基本不变的情况下相当于每班多割两刀煤,每天可增加产量900t左右,每月可增产约20kt。实践证明,在正常的条件下800mm截深机组工作状态稳定,而且截割和行进速度没有下降,沿途运输线路上也未出现过载现象;支架推移千斤顶行程为800mm,能够正常进行及时有效的支护,但是由于每次必须保证800mm进度,几乎没有可供调节的余地,给保证工作面直线度等造成一定困难。另外九号煤使用的机组下方过煤空间小,在向机尾方向割煤时,会因为过煤空间小,割下的煤不能及时拉走造成拥堵,需间歇性停止割煤等待输送机运煤,只能实现向机头单向的增大截深,即使这样,如果长期运行每月也可增产10kt左右。因此,对于新投入设备进行薄煤层开采的矿井,可以从设计源头上以800mm为截深进行设计配套,以保