近距离煤层合采技术应用

朱国平

(山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿)

近距离煤层合采技术应用

朱国平①

(山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿)

屯兰矿2#、3#煤层结构为3.27(0.65)0.67,煤质相似,且属近距离煤层。在投产初期,仅回采2#主采煤层,距其较近距离的下部3#煤层随之丢弃,通过选用合适的采煤设备,实现了2#、3#煤层的合采,降低了成本,提高了资源回收率。

近距离;煤层;合采技术;应用;效益

山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿为核定年生产能力500万t的现代化矿井,1997年10月31日试生产,井田面积73.3 km2,工业储量10.28亿t,可采储量6.3亿t。以焦煤为主,肥煤、瘦煤、贫煤次之,焦煤占60%,肥煤占20%,为世界稀缺资源,具有低灰,低硫、低磷,黏结性强,结焦性好等优点,是冶金、电力、化工等行业理想的原材料,产品销往国内外市场。屯兰矿上组煤主采煤层为2#煤,平均厚度3.27 m,基本为中厚煤层,结构稳定,全区可采。顶板以砂质泥岩和泥岩为主,次为细砂岩及炭质泥岩;底板以炭质泥岩为主,次为砂质泥岩。原煤灰分7.68%～34.38%,以中灰为主,洗煤多低于10%。原煤硫分0.30%～2.40%,多低于1%,以低硫占绝对优势,洗煤硫分多低于0.5%。磷含量一般小于0.01%,为优质焦煤。

3#煤分布在2#煤下,与2#煤层平均间距为0.65 m,平均厚度0.67 m,为薄煤层,单独回采难度较大。但3#煤大多结构简单,赋存较为稳定,顶板为炭质泥岩;底板以砂质泥岩为主。原煤灰分10.02%～43.65%,以高灰为主,原煤硫分0.37%～3.73%,以低硫为主,洗煤硫分基本低于1%,为优质焦煤。

2#、3#煤层结构为3.27(0.65)0.67,总厚度4.59 m,适于合采。屯兰矿从2004年开始全部实现了2#、3#煤层合采,共合采2#、3#煤1 580万t。

1 巷道掘进

根据煤层顶底板岩性特征,本着便于掘进、支护,利于回采超前支护的原则,巷道均沿2#煤顶、底板掘进,高度3.3 m,矩形断面。顶板采用“锚杆+钢筋托架+金属网+锚索”的联合支护形式,两帮采用“锚杆+钢筋托架+金属网”的联合支护形式。

2 回采工艺

工艺流程跟普通综采基本相同,采用倾斜长壁后退式一次采全高全部垮落法综合机械化采煤方法。

回采工艺为:采煤机割煤、装煤→可弯曲刮板机运煤→移架→推移运输机。

3 主要配套设备

采煤机的最大采高及液压支架的最大支撑高度应在4.6 m以上,并根据有关要求留有适当余量,故最后确定配套设备为:

采煤机MGTY-500/1200-3.3D采高范围: 2.2～4.5 m;

液压支架ZY8000-25/50支撑高度:2.5～5.0 m;

端头支架ZT8000-20/42支撑高度:2.0～4.2 m;

刮板运输机SGZ-900/1050运输能力: 2 000 t/h;

转载机SZZ-900/315运输能力:2 200 t/h;

破碎机PCM-200破碎能力:2 200 t/h;

胶带输送机DSJ120/180/3×315运输能力: 1 800 t/h。

4 初采卧底

工作面切眼高度为3.5 m,而工作面采高为4.5 m,要达到设计采高,运输机、支架必须同时下卧1 m。如果每个循环的卧底量大,支架推移框架与水平角度过大,势必造成水平方向的推移力减小,从而导致支架推移困难。如果卧底量小,则会影响到工作面的产量。考虑到煤层倾角(5°)以及采煤机适应煤层倾角(0～16°),决定以10°的坡度向下回采。由此确定卧底量:

N=sin10°×0.8=0.13 m,取0.1 m。

实践证明,当每循环向下卧底0.1 m,当工作面推进8 m时,工作面恰好跟3#煤底板回采。

5 收尾工艺

1)收尾工艺的影响因素。

a)工作面支架外形尺寸,需要扩循环4 m,插梁的长度必须不小于5 m,上、抽插梁难度大,施工困难。b)长圆木直径大,影响收尾工作面的高度。c)抽两次插梁后,支架反复作用于圆木,导致圆木破坏变形严重,降低了支护强度。d)“锚索+钢筋托架”联合支护是主动支护,能有效控制顶板,劳动强度小。为保证收尾撤架工作的安全,进行工作面扩循环时,采用工字钢代替圆木做插梁,扩第一刀后在距支架梁端0.5 m处打设d15.4 mm×6 300 mm的锚索与顺面钢筋托架,间距3.5 m,整个工作面打设3排锚索,排距1 m。扩循环完毕后,在工字钢梁头打设单体支柱代替丫嘴贴帮柱。

2)收尾新工艺的优点。降低了抽、上长圆木的劳动强度,保证了支架回撤期间的安全,节省了工作面收尾期间费用。由于工字钢梁与液压单体可以回收复用,而圆木则在撤支架的过程中损坏变形不能回收复用,部分折损的圆木因不能回收增加了采空区管理难度。新工艺的采用不但节约了资金,更保证了收尾、撤架以及更长远期间内的安全,所以新工艺优于传统工艺。

由于采高增大,容易造成支架倒架,一方面,稳定刮板运输机,不上下窜动;另一方面,采用支架侧护板进行调架,保证支架的稳定性。

6 2#、3#煤层合采的效益

1)提高了工时利用,降低了工人的劳动强度。通过2#、3#煤合采,使液压支架始终处于3#煤底板砂质泥岩之上,避免单独回采2#煤移架过程中将底板推起,增加移架阻力,人工清理架前浮矸工作,提高了工时利用,降低了工人的劳动强度。

2)提高单产水平与资源回收率,延长矿井服务年限。就目前国内外采煤工艺和技术,还没有一套单独回采3#煤的成功经验,一般在采完2#煤后,3#煤随之丢弃,造成了资源的极大浪费。通过2#、3#煤合采,使不可采的3#煤得以回采,极大地提高了资源回收率。按3#煤占2#煤1/5计算,2#、3#煤合采比单采2#煤循环产量提高了20%,工作面单产水平提高,工作面储量也增加了20%,在同样年产量的情况下,可延长矿井服务年限。

3)降低矿井成本费用投入,缓解矿井采掘衔接紧张的局面。通过2#、3#煤合采,在没有多掘巷道的情况下,便可多采出1/5的煤量。

大储量工作面的设计与回采,既保证了回采煤量可采期,又可以减少回采巷道的掘进工程量,避免了回采工作面搬家倒面等因素给矿井正常生产带来的影响,缓解了矿井衔接紧张的局面。

4)经济效益。屯兰矿从2005年实现2#、3#煤合采以来,每年2#、3#煤合采煤量在300～360万t,按3#煤占2#煤1/5计算,每年通过合采技术可采出3#煤50～60万t。按300元/t计算,其经济效益为1.5～1.8亿元。

5)为类似矿井近距离煤层合采提供了经验。

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[7] 杜计平.特殊开采方法[J].中国矿业大学出版社,2002:66-68.

Fully Mechanized Coal Mining Face Power Supply System

Cao Shun-ting

With the fully mechanized coal mining face large scale,more widely used high-power induction motors,equipment start its impact on power has become more evident,affect the quality of the electricity grid.Introduces the new power supply system of 241103 face in Xiliu mine,electrical equipment selection and installation process,were used to soft start technology,improve power supply voltage,frequency control and other methods to solve this problem,in actual use reached a expected results,ensure power supply reliability and normal operation of equipment,meet production needs.

Fully mechanized coal mining face;Power supply system desigin;Electrical equipment; Frequency Control;Problem;Method;Effect

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1672-0652(2010)04-0011-02

2010-02-22

朱国平 男 1974年出生 2006年毕业于山西省煤炭干部管理学院 助理工程师 古交 030206