薄煤层“三机配套”托伪顶开采技术研究与应用 |
| 2012-11-04 14:52 作者：李爱国 孙金光 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月4日文】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，根据鄂庄煤矿七层煤赋存条件，以实现薄煤层托伪顶开采的高质、高效综采工作面为目标，优化开采方案，加强控顶、三机配套技术的研究，合理组织，科学施工，达到预期的目的。
0引言
山东能源新矿集团鄂庄煤矿于1982年7月正式投产，矿井设计生产能力90万吨/年；随着薄煤层“三机配套”开采装备技术在1.1米左右薄煤层的应用，使矿井不断由劳动密集型向技术集约型转变。该矿开采的207采区七层煤，煤层厚度平均1.14m，发热量30193J/g，煤层与直接顶之间复合伪顶发育，平均厚度0.4米，开采过程中极易垮落，不仅影响煤质，造成煤炭发热量降低，煤炭的综合销售价格下降，而且对采煤机械和运输设备磨损严重，又影响安全生产。通过生产实践，不断研究发展薄煤层托伪顶开采综采装备配套及相关开采技术工艺，使三机配套、顶板控制联合运用技术更加科学，提高了矿井的经济效益和安全效益。
1工作面概况
1.1工作面状况
表12709工作面参数
项目 平均（m）
走向长度 750
面长 155
工作面倾角 11
煤厚 1.14
工业储量 17.5
地质储量 17
1.2工作面地质构造
1.2.1褶曲
本工作面处于莱城向斜构造南翼，总体构造形态呈一单斜构造，受莱城向斜构造挤压作用影响，沿走向方向发育宽缓状次级褶曲。地层走向45°～75°，地层倾向315°～345°，煤岩层倾角6°～22°，平均倾角11°。
1.2.2断层
表22709工作面断层产状要素表
序号 断层
性质 走向
（°） 倾向
（°） 倾角
（°） 落差（m）
1 正断层 148 58 600 3.0
2 正断层 125~130 35~40 65~70 1.5~2.5
3 正断层 165 255 30 2.0
4 逆断层 66 336 35 1.2
5 逆断层 170 260 30 0.6
6 正断层 141~157 51~67 75~80 1.6~3.5
7 正断层 102 286 40 1.5
8 逆断层 82 172 60 3.0
9 逆断层 76 346 45 1.0
10 正断层 131 221 65 1.2
11 逆断层 213 303 20 1.0
12 正断层 86 356 35 1.4
根据已揭露的地质构造情况来看，共揭露落差0.6m以上断层12条，断层造成两盘煤岩层破碎，对实现托伪顶开采影响较大。
1.3围岩特征
工作面直接顶为灰色粉砂岩，厚度约5m，致密，性脆，贝壳状断口，含植物叶部化石碎片和豆状泥质结核，局部为粉细砂岩互层或直接顶直接压煤。下部发育一层平均厚度0.4m的伪顶，易离层冒落。直接底为深灰色粉砂岩，厚度约15米，详见表3。
表32709工作面围岩特征表
名称 岩石
名称 厚度（m） 岩性特征
基本顶 中粒
砂岩 15 成分以石英为主，次为长石，泥质胶结，斜层理，含深灰色粉砂岩包裹体。弱含水层，基本不含水。
直接顶
粉
砂
岩
5
致密，性脆，贝壳状断口，含植物叶部化石碎片和豆状泥质结核，局部为粉细砂岩互层或直接顶直接压煤。下部发育一层平均厚度0.4m的伪顶，易离层冒落。
底板 粉
砂
岩 15 致密，性脆，贝壳状断口，易碎，易风化，具有轻微可塑性，膨胀性不甚大，一般不易变形。含菱铁矿结核和肾状钙质结核。上部含两层薄泥，为七煤层底板辅助标志层。
1.4煤层赋存特征
本区煤层厚度除构造附近外总体较稳定，煤厚1.0m～1.5m，平均煤厚1.14m，煤层结构简单，不含夹矸。
2设备配套
2.1液压支架
液压支架是综采工作面关键设备，其对地质条件的适应性和工作可靠性要强。根据鄂庄煤矿七煤层赋存条件、矿压活动规律和瓦斯等特点，支架选型主要考虑了支架架型及工作阻力、支护强度、支护高度、对底板比压等4种主要因素，同时支架底座要薄，支架上的操纵阀设置要为增加行人空间提供便利，故选用ZY3200/7.5/16掩护式轻型支架，其主要技术参数详见表4。
表4ZY3200/7.5/16型掩护式轻型支架技术参数
型号 ZY3200/7.5/16
支架高度 750～1600mm
泵站压力 31.5MPa
初撑力 1945～2324kN
支架工作阻力 2458～2937kN
底板比压 前尖端1.3～1.5MPa
操纵方式 邻架操作
2.2采煤机
由于断层、夹矸、变薄带的影响，薄煤层采煤机截割坚硬矸石的机会比中厚煤层要多，带来震动、冲击也要比中厚煤层频繁和剧烈，因此整机的结构要更高、更强；煤机厚度要降低，机身长度尽量缩短，以适应工作面高低起伏的条件，同时也是为了保证托伪顶开采支架与采煤机配套时的过机高度在采高1.1米时不小于0.2米，为此选用型号为MG150/345-WDK型双滚筒采煤机，其主要技术参数详见表5。
表5MG150/345-WDK型双滚筒采煤机技术参数
型号 MG150/345-WDK 采高 0.9～2.0m
截深 630mm 适用倾角 ≤350
牵引力 300KN 滚筒直径 φ1100mm
滚筒转速 80r/min 牵引速度 0～6m/min
机面高度 830mm 牵引形式 齿轮－销轨
最大卧底量 110mm 灭尘方式 内外喷雾
装机功率 345KW 电压 1140V
2.3输送机
在电缆架满足存放电缆、管路的前提下，结构尽可能低、窄，以增加行人空间；运输能力要满足要求，溜槽强度要高不易被损坏，且检修方便，为此选用SGZ-630/264BW型中双链刮板输送机，其主要技术参数详见表6。
表6SGZ-630/264BW型中双链刮板输送机技术参数
型号 SGZ-630/264BW 功率 2×132kW
运输能力 260t/h 电压 1140V
刮板链形式 中双链 刮板间距 946mm
中部槽 1500×630×190mm 长度 155m
3托伪顶开采技术的研究与实践
为充分发挥以上所选择的“三机”配套设备的性能，根据采煤机功率、支架支护方式、采煤机和运输机的装机功率及生产运输能力、支架最大行程、伪顶暴露悬跨度等因素，确定截深为0.6米，尽可能提高伪顶的稳定性。
3.1采煤工艺
采用调采溜尾，自上而下逐排逮顶的方式进行。调采采用先短刀后长刀，每刀以10节递增的方法，机组割到下头后，工作面溜头不推，从溜尾逐渐向下拖住伪顶。
3.2顶板控制
1）托伪顶前，先拉超前支架，在支架上方填充装满矸石的编织袋，将支架顶梁与顶板刹紧背实，使支架顶梁前端与伪顶平齐，为割煤后托伪顶做好准备。
2）拉好超前支架后，在采煤机割煤前，在超前支架的掩护下，在需托伪顶区段按间距1.5m，深度1.5m，走向75°，倾向110°打设一排直径Φ20mm的螺纹钢等强锚杆，将伪顶拉住，防止伪顶冒落。
3）采煤机割煤推溜后，在托伪顶区段继续拉超前支架，及时将伪顶托住，局部顶板破碎区段，打好贴帮支柱，以减小支架顶梁端面距，防止伪顶冒落。局部区段如伪顶冒落，继续重复上述步骤，直至将伪顶托住。使用此方法由工作面溜尾逐步向下钻入，实现工作面托伪顶施工。见图一
4经济效益分析
1）鄂庄煤矿2709西工作面面长155m，伪顶平均厚度0.4m，循环进度0.6m，托伪顶开采后，每循环可少出矸石37.2t，每天生产8个循环（早班检修班生产2个循环），每月（按26天计算）可累计少出矸石7737.6t。
2）节约电费。矸石（或原煤）从工作面到洗选厂运输及选煤用电按每吨30kwh，每kwh按0.5元计算，每月可节约电费11.61万元。
3）提高发热量，增加吨煤单价。托伪顶前开采全高的发热量为28056J/g，托伪顶施工后发热量提升为30160J/g，按照市场售价0.021元/J计算，吨煤售价上升44.18元，月平均生产原煤30000t，月销售收入增加132.54万元。
4）减少了设备磨损。托伪顶前采煤机截齿消耗量70个/月，托伪顶施工后截齿消耗量为30个/月，托伪顶前输送机刮板消耗量30个/月，托伪顶施工后输送机刮板消耗量为12个/月，每月可节约材料费用13200元。
经过经济效益分析，托伪顶开采可增加收入144.92万元/月，详见表7
表7月经济效益分析（万元）
节约电费 销售增盈 材料节约 合计
11.61 132.54 1.32 145.47
5结束语
薄煤层“三机配套”综采工作面托伪顶开采的成功，为提高了工作面的单产、效率和安全性，矿井薄煤层高质高效开采积累了成功经验，为矿井的后续发展奠定了基础，为同类条件下的煤矿开采提供了借鉴。
作者简介：
李爱国（1966-），男，大学，现为鄂庄煤矿副总工程师，对薄煤层螺旋钻开采、高档充填三下开采、综采工艺有深入的研究和创新，是集团公司优秀科技人才，先后有多篇科技论文及科研成果发表；孙金光（1974-），男，大学，现为鄂庄煤矿质量办公室主任，对薄煤层及中厚煤层综采工艺有深入的研究和创新，是集团公司优秀科技人才，先后有多篇科技论文及科研成果发表。
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