综采放顶煤开采在谢桥煤矿的应用与发展定稿06.05.16

1综采放顶煤开采在谢桥煤矿的应用与发展吴定洲*曾锋（淮南矿业集团谢桥煤矿安徽颍上236221）[摘要]本矿在集团公司率先在C13-1煤层突破“三软”高瓦斯的禁区，实验综采放顶煤开采方法，成功开采了13个综放面，产量，效率，效益，安全等方面取得了不断提高的效果，为我矿及集团公司开采C13-1煤层开辟了一条新的途径。本文主要是在概述本矿应用综采放顶煤技术的基础上，重点总结、分析了九年来综采放顶煤的技术成果，提出了综采放顶煤技术需要解决的一些问题及建议，为进一步优化综采放顶煤技术提供一定的依据。[关键词]“三软”煤层综放技术实践与认识问题及建议１综采放顶煤开采基本情况自97年6月，本矿在集团公司率先在C13-1煤层突破“三软”高瓦斯的禁区，试用第一套放顶煤综采设备起，至目前止，已经将近八年。八年来，在设备配套改进，放顶煤工艺改革，优化采区巷道布置，改进瓦斯抽放方法与系统，工作面灭尘系统，防止煤层自燃，提高回收率，以及综放生产技术措施与管理办法配套等方面，进行了一系列科研，试验，技术改造工作，产量，效率，效益，安全等方面相应地取得了不断提高的效果，逐步形成了一整套适合本矿地质条件下的综采放顶煤技术，也为综采放顶煤技术在集团公司的应用与推广积累了经验。九年来，开采了13个综放面，生产原煤1524万吨，工作面最高年产180万吨，最高月产23.6万吨，其间在2001年建成集团公司第一个150万吨综采队。这样的成绩，在国内类似复杂地质条件下，尚不多见。2地质条件及其适应性2所采C13-1煤层，厚度1.93∽8.28m，平均厚5.2m，煤层倾角8∽16º，平均13º，普氏硬度f=0.35∽1.71，煤层厚度变异系数24％，煤层可采指数100％，煤厚以大于4.5m的厚度段为主，约占总数的63%，其次为3.5∽4.5m的厚度段，约占总数的25%，该煤层稳定性好，结构较简单，通常发育1∽2层炭质泥岩或泥岩夹矸。煤层顶板以泥岩，砂质泥岩为主，厚度介于3∽4m左右，老顶则多为中、细砂岩，底板以泥岩与砂质泥岩为主，局部为粉细砂岩。属“三软”较薄厚煤层。实践证明，C13-1煤层地质条件适合综采放顶煤开采。第一,C13-1煤层和直接顶易冒落，采用综采放顶煤开采，既能保证顶煤的冒落，也避免直接顶破碎难管理的问题。第二，综采放顶煤适应性强。C13-1煤层工作面经常遇到落差小于5m的断层，尤其当煤层顶板被断层切割,而底板尚未破坏的情况下,采用一次采全高综采放顶煤沿底板开采就可以解决分层开采的困难。本矿综放面开采过程中能很顺利地通过落差3m左右的断层，其中通过的最大断层落差达5m。3工作面设备总体配套设计与选型3.1工作面设备总体配套的基本思路采用综放开采技术之初，机电设备故障率高及可靠性差，严重制约着工作面生产。为进一步提高本矿综放工作面的整体装备水平和工作面的生产能力，实现矿井高度集中生产，提高生产效率，根据谢桥矿技术进步和企业发展的战略目标，结合谢桥矿已有综放开采的技术和装备，在工作面设备选型3和总体配套过程中遵循技术先进、设备精良、系统完备和性能优异、国产为主的基本原则，对本矿综采放顶煤工作面设备配套进行了逐步优化（见表1），提高了综放面的生产水平。表1：谢桥煤矿综放工作面设备配套一览表序号设备名称1997年2001年2003年设备型号主要参数设备型号主要参数设备型号主要参数1采煤机MG200/500-WDVmax=8.4m/minMG-200/475-WVmax=6.7m/minMG300/700-WDVmax=8.4m/min2端头支架ZPT8750/17/32ZFHG5100/18/28ZFG6200/18/283中间架ZFS4400/17/32ZF4000/17/27ZFS5200/18/28HL4前部运输机SGZ-730/400Q=900t/hSGZ-764/500Q=1000t/hSGZ－800/800Q=1800t/h5后部运输机SGZ-730/400Q=900t/hSGZ-764/500Q=1000t/hSGZ－800/800Q=1800t/h6转载机SZZ-764/160Q=800t/hSZZ-764/160Q=800t/hSZZ－800/315Q=1800t/h7破碎机PCM200Q=2200t/h8胶带运输机SSJ-1000/220Q=800t/hSSJ-1000/220Q=800t/hSSJ－1200/500Q=1300t/h9乳化液泵DRB200/31.5BQ=200L/minDRB200/31.5BQ=200L/minBRW-400/31.5Q=400L/min10主要馈电开关KBZ-400QJZ-300KBZ-400QJZ-300KE3002组合开关11控制系统CK-2CK-2KJ-5012电压等级工作面1140V工作面1140V工作面3300V3.2最新配套设备主要参数及其关键技术与创新特点3.2.1采煤机采煤机是综采设备中的关键设备，本矿以前使用的采煤机，装机功率小，电控系统稳定性差，供电电压偏低，不能适应断层等复杂地质条件和生产发展的要求，为此，辽源煤矿机械厂与淮南矿业集团合作开发出MG300/7004—WD型采煤机，主要技术参数：装机总功率700kW，牵引速度0∽8.4m/min，截深800mm。采用机载变频电牵引技术，装备有现代化、高效的计算机控制系统及遥控装置。3.2.2液压支架放顶煤液压支架型号为ZFS5200/18/28HL低位放顶煤支架；主要技术参数为：初撑力：4640kN，工作阻力：5200kN，支护强度：0.66mPa。其关键技术与主要创新特点：（1）采用正四连杆低位放顶煤架型；（2）采用整体顶梁结构，长侧护板，前探梁为内伸缩式，从而实现对顶煤的全封闭控制；（3）采用双回路环形、大流量阀供液系统，提高移架速度。（4）支架顶梁前方、尾梁安装喷嘴实现移架、放煤时自动喷雾等综合降尘技术，控制工作面的粉尘浓度。3.2.3前后部运输机前后部运输机型号为SGZ－800/800型整体铸焊封底式溜槽刮板运输机，主要技术参数：输送能力为1800t/h,内槽宽800mm，装机功率2X400kW,电压3300V，电机平行布置，端卸卸载方式。刮板运输机关键技术与主要创新特点：液压紧链装置、高强度圆环链、限矩摩擦联轴器、双速电机软起动等技术，大大提高了输送机的可靠性。3.2.4自移转载机转载机型号为SZZ800/315型自移式转载机，主要技术参数：输送能力1800t/h,装机功率315kW。其关键技术与主要创新特点：采用双速电机软起动、液压紧链装置，采用了整体构架迈步自移机构，提高了工效。53.2.5顺槽胶带运输机胶带输送机型号为可伸缩式SSJ1200/2X250带式输送机，主要技术参数：输送能力1300t/h,输送距离2000m,带速3.15m/s，胶带宽1200mm。其关键技术与主要创新特点：采用调速型液力偶合器软启动系统，采用胶带自动张紧、多层储存胶带等技术，提高了皮带的可靠性及运输能力。3.2.6工作面控制系统和主要开关KJ-50型PROMOS监控系统，其特点：拆装方便，整套系统都采用了隔爆插接结构，功能齐全，性能可靠。KE3002组合开关，其特点为：结构紧凑，芯体式模块集动力馈电、换向、保护为一体，拔插简便快速，安装维修方便。4瓦斯治理技术随着设备可靠性和现场管理水平的提高，产量的提升，瓦斯绝对涌出量增大，制约生产的矛盾已由当初的顶板管理、机电设备技术，转为瓦斯治理技术，如1151（3）工作面瓦斯涌出量最大已达到65m3/min。瓦斯治理也由风排为主，变为以抽为主、以抽定产，1151（3）工作面60%的瓦斯就是靠抽采释放。本矿成功运用的抽采方法有：顺层钻孔，顶板走向钻孔，上隅角采空区埋管，回风巷穿层孔，高抽巷，保护层工作面开采、地面钻井抽采技术，目前，矿正在实施底板抽采巷穿层预抽瓦斯技术。为了防止工作面机尾及上隅角的瓦斯局部积聚。工作面上顺槽及时收6作，用胶丝袋装煤充填，减少上隅角瓦斯涌出；上隅角处吊挂风帐，以降低上隅角瓦斯浓度。另外，随着综放开采强度的增大，瓦斯的绝对涌出量也将相对增加，在一定程度上必将增大防治瓦斯工作的难度。5防灭火、防尘技术防灭火是综放开采的一个技术难题，1121（3）首采综放面回采至855m时，遇一较大的地质异常区，由于推进速度缓慢，采空区自燃发火，被迫封闭火区，造成巨大的经济损失。综放工作面易发生自燃的位置为两巷、停采线附近及地质异常区。综放开采的两巷及开切眼沿煤层底板掘进，巷道冒顶片帮的机率增加，易于形成高冒区，发生自燃，防止巷道自燃的主要手段就是加强掘进期间顶板管理，防止形成高冒区，以及对高冒区进行防火处理。综放工作面回采期间防止自燃发火的一条重要措施就是加快工作面推进速度，谢桥矿综放面的推进速度正常达每月120米及以上，大于80米/月的理论下限值。对于停采线防止自燃的主要手段是快速将工作面综机设备撤除，及时封闭采空区，我们经常采用的防灭火措施还有均压通风技术，向采空区及高冒区注黄泥浆、马力散、凝胶、MEA高分子防灭火材料、注氮气，喷如钢、艾格劳尼阻化剂技术等。经过多年不懈的努力，我们已经基本摸清了谢桥矿防灭火的规律，满足了综放开采的需要。谢桥矿在防尘工作中除采用常规的转载点及移架放煤自动喷雾，煤机内外喷雾，还实验了煤层注水降尘、煤机二次负压降尘技术。76合理确定工作面参数，改进两巷支护技术6.1工作面参数合理确定工作面长度是确保实现高产高效的关键环节，原设计工作面长度为150m，随着综采设备生产能力的增大及综采管理水平的提高，将工作面长增加到180m～240m，这样的面长既能保证防火对推进度的要求，又有利于高效集中生产。高产高效工作面的走向长度一般在2000m以上，美国一个综采工作面的长度达4000m以上，谢桥矿受地质条件及原采区设计的制约，工作面走向长度一般在1500m以上。6.2改进两巷支护技术原顺槽内采用11#矿用工字钢梯形棚或直腿半圆拱三节29U型钢可缩性支架支护，超前回采工作面回撤工字钢或U型棚，改木棚挑工字钢的端头支护不仅回撤、支护工作量大，影响正规循环时间，而且不安全隐患多，已明显地成为制约综放生产的因素。为此，从2000年起，本矿把改进两巷支护为一场“支护革命”来开展，聘请了中国矿大两名专家指导，工程技术人员边学习边实践，由易到难，在C13-1煤层支护技术上实现很大突破，从顺槽小断面到开切眼大断面，以及顺槽沿空掘巷都成功实施了锚网支护，大大促进了综放技术的发展。7放煤工艺7.1采放比一般控制割煤高度在2.5m，放煤厚度2.7m左右，采放比1︰1.08。87.2放煤步距放煤步距是影响工作面回采率与含矸率的重要因素，放煤步距太大，顶板方向的矸石将先于采空区后方的煤到达放煤口，迫使放煤口关闭，增大脊背煤损，放煤步距太小，采空区后方的矸石先于上部顶煤到达放煤口，使部分上部顶煤被截止在采空区，对C13-1较薄厚煤层来说，根据1121(3)综放面工艺实验结果，我们选择小步距放煤，即一刀一放。7.3放煤方式在多轮顺序，单轮顺序，单轮间隔三种主要放煤方式中，由于顶煤较薄，单轮即可放完，单轮顺序与单轮间隔相比，在提高回收率，降低含矸率方面效果不大，同时单轮顺序工人易掌握，易操作，故我们选择单轮顺序放煤方式。另外，采用一刀一放单轮间隔放煤工艺时，还应配合及时带压擦顶移架护帮护顶，轻摆尾梁放煤，才能取得最佳回采效果。8需改进与加强管理的问题与建议8.1煤炭灰份超标由于C13-1煤层属“三软”较薄厚煤层，采用现有的重型支架综放工艺割煤高度一般必须保持2.5m，则顶煤煤厚大多情况下不足2.5m。大量现场观测和相似模拟实验表明，当综放顶煤厚度小于2.5∽3.0m时，在顶煤放落过程中呈类似伪顶无规则冒落状态，因此将增加控制顶煤运动的困难，造成煤矸混合带厚度加大，使放顶煤开采的回采率降低，含矸率增加，本矿综放面正常回采时原煤灰份在33%以上，不能适应市场要求。如何降低煤炭灰份，9需进一步探索。8.2工作面煤尘、瓦斯防治技术需进一步研究谢桥矿在防尘，瓦斯防治上进行了大量卓有成效的工作，但还不能