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薄煤層綜采開采經(jīng)驗(yàn)介紹

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薄煤層綜采開采經(jīng)驗(yàn)交流介紹

***礦業(yè)集團(tuán)

為了解決主采煤層瓦斯治理問題,最大限度的提高資源回收率,實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)的安全高效、持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,2007年1月,集團(tuán)公司采取 “產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的方式,啟動(dòng)薄煤層安全高效機(jī)械化開采課題攻關(guān)。歷經(jīng)3年時(shí)間,完成了薄煤層裝備的設(shè)計(jì)、制造及試生產(chǎn)。分別在謝一礦、新莊孜礦、潘二礦等工作面的試驗(yàn),最高日產(chǎn)3847噸,最高月產(chǎn)8.5萬噸,年產(chǎn)量約80萬噸。

一、薄煤層工作面地質(zhì)條件

謝一礦10槽、15槽、新莊孜礦14槽、潘二礦5槽等保護(hù)層工作面平均煤厚0.8-1.1m;傾角最小7°,最大24°;工作面內(nèi)發(fā)育中、小型斷層構(gòu)造較多;頂、底板一般為砂質(zhì)泥巖或泥巖,變薄區(qū)內(nèi)底板為中細(xì)砂巖,具體工作面如下:

(一) 謝一礦5121B10、5121C15工作面

5121B10工作面設(shè)計(jì)可走向采長(zhǎng)1060米,面長(zhǎng)180米,平均煤厚1.0m,采高1.4米,平均煤層傾角22°。面內(nèi)中小斷層較多,大部分直接頂為砂質(zhì)泥巖;在-780mⅣ線石門以南B10煤層發(fā)育一走向長(zhǎng)約80米的薄煤區(qū),最薄處只有0.05m,頂?shù)装鍘r性為中細(xì)砂巖,硬度較高,對(duì)綜采影響較大。

5121C15工作面可采走向長(zhǎng)1680m,傾斜長(zhǎng)150~240m,平均195m,煤層傾角21°。本工作面內(nèi)C15煤層賦存不穩(wěn)定,煤層厚度0.1m~1.1m之間,平均煤厚0.8m,實(shí)際采高1.4米。局部塊段受斷層牽引影響及沉積過程的沖刷,煤層變薄,切眼以南140m內(nèi)及Ⅳ-Ⅴ線附近C15煤層厚度0.1~0.7m,且變薄區(qū)附近底板為中粒砂巖,較硬(普氏硬度5~6)。該煤層直接頂為1.0-2.5m粉砂質(zhì)泥巖,老頂為2.0-3.0m粉~細(xì)砂巖,直接底為1.5-3.0m泥巖。

(二) 潘二礦12125工作面

該面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)515米,面長(zhǎng)155米,現(xiàn)平均采高1.4米,平均煤厚1.1米,局部0.4米,傾角7°左右。該工作面煤層極不穩(wěn)定,多處煤層變薄或缺失。另外,F(xiàn)203斷層落差為4~6米,該斷層及其次生斷層對(duì)正;夭捎绊懞艽蟆

(三) 新莊孜礦62114工作面

該面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)850米,面長(zhǎng)135米。煤厚在0.6~1.0m,平均0.9m,賦存不穩(wěn)定,中間有約0.5米夾矸貫穿整個(gè)工作面,夾矸上、下煤層厚度均在0.2~0.6米,平均傾角24°。

二、薄煤層工作面“三機(jī)”配套

(一) “三機(jī)”配套

見下表2-1 “三機(jī)”設(shè)備配套表 表2-1

工作面編號(hào)

液壓支架

采煤機(jī)

刮板機(jī)

謝一礦5121B10

ZY5000/8.5/17D 95架

沈陽設(shè)計(jì),**制造

MG2×150/700-Bwww.seogis.comPa

中部槽規(guī)格

1750×800×280鑄焊槽幫

對(duì)地板比壓

≤1.5MPa

采煤機(jī)牽引方式

齒形銷排,節(jié)距126mm

控制方式

電液控制

卸載方式

端卸

三、井下工業(yè)性試驗(yàn)情況

該套設(shè)備于2008年4月18日到2009年12月3日在謝一礦5121B10工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。

其中,自2009年1月1日到2009年12月3日,工作面共退尺225m,開采保護(hù)層面積38250m2,單月最高產(chǎn)量及最高月進(jìn)為2008年7月份,出產(chǎn)85459噸,月進(jìn)145米;單日最高產(chǎn)量和最高日進(jìn)為2008年7月18日,出產(chǎn)3725噸,日進(jìn)8刀。2009年以來,工作面最高日進(jìn)3刀,最低1刀,基本維持在這個(gè)水平。

通過一年多的井下工業(yè)性試驗(yàn),綜采設(shè)備通過了斷層、煤層變薄、煤層夾矸等各種復(fù)雜地質(zhì)條件的考驗(yàn)。實(shí)踐表明,解放層開采的地質(zhì)條件復(fù)雜多變,特別是斷層與煤層變薄使得采煤機(jī)長(zhǎng)期處于切割矸石的狀態(tài)(工作面破頂、臥底量見表3-1),自2008年9月中旬工作面開始進(jìn)入薄煤區(qū),整個(gè)薄煤區(qū)走向長(zhǎng)達(dá)500m,工作面基本無煤,帶來以下難題:

由于工作面基本全巖,矸石硬,煤機(jī)割不動(dòng)。主要采用堅(jiān)硬段打眼放炮和深孔預(yù)裂爆破的手段進(jìn)行強(qiáng)采。

工作面放炮,矸石亂飛,對(duì)設(shè)備元器件損傷嚴(yán)重。

矸石多,煤質(zhì)差。平均灰分達(dá)80%。

盡管如此,各綜采設(shè)備還是通過了考驗(yàn),設(shè)備性能優(yōu)良(各綜機(jī)設(shè)備故障影響時(shí)間以及所占故障比例見表3-2,可以預(yù)計(jì),如果在地質(zhì)條件較好的薄煤層正常工作面條件下,該套設(shè)備完全能夠滿足年產(chǎn)100萬t的要求。

5121B10工作面部分時(shí)段破頂?shù)琢?表3-1

時(shí) 間

破頂臥底量(mm)

備注

2008年

6月

200

7月

100

8月

200

9月

300

10月

400

11月

200

12月

300

2009年

1月

400

2月

300

故障影響時(shí)間統(tǒng)計(jì)表 表3-2

項(xiàng) 目

2008年6月~2008年12月

所占比例

采煤機(jī)事故時(shí)間(min)

1682

28.5%

電器事故時(shí)間(min)

1376

23.3%

皮帶事故時(shí)間(min)

436

7.4%

輸送機(jī)事故時(shí)間(min)

1210

20.5%

轉(zhuǎn)載機(jī)事故時(shí)間(min)

387

6.6%

破碎機(jī)事故時(shí)間(min)

85

1.4%

支架事故時(shí)間(min)

140

2.4%

其它影響時(shí)間(min)

580

9.8%

合計(jì)事故時(shí)間(min)

5896

100%

四、薄煤層綜采裝備使用效果

(一) 謝一礦5121B10工作面

該工作面自2008年4月18日正式開始回采,采高1.6m,截止2009年7月24日,共退尺790m,剩余可采長(zhǎng)度270m,采煤443800噸,開采保護(hù)層面積134300m2,單月最高產(chǎn)量為2008年7月份85459噸,單日最高產(chǎn)量7月18日3725噸(9刀),平均月產(chǎn)量5.6萬噸。

(二) 潘二礦12125工作面

該面08年6月投產(chǎn),截止到09年6月底,工作面已退尺500米,生產(chǎn)原煤約32.6萬噸,開采保護(hù)層面積約7.75萬平方米。最高月產(chǎn)量4.8萬噸,平均月產(chǎn)量2.7萬噸。

(三) 新莊孜礦62114工作面

該面09年3月投產(chǎn),截止到09年6月底,工作面已退尺225米,生產(chǎn)原煤約12.9萬噸,開采保護(hù)層面積約3.6萬平方米。最高月產(chǎn)量4.8萬噸,平均月產(chǎn)量3.2萬噸。

(四) 謝一礦5121C15工作面

該工作面自2008年11月1日正式開始回采,采高1.6m,截止2009年7月24日,共退尺480m,剩余可采長(zhǎng)度1200m,共采煤426500噸,開采保護(hù)層面積115200m2,單月最高產(chǎn)量為2009年1月份60168噸,最高日產(chǎn)2009年7月1日3847噸,平均月產(chǎn)量4.7萬噸。

四、薄煤層綜采經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(一)設(shè)備方面

1、提高采煤機(jī)截割能力:根據(jù)***礦區(qū)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),開采薄煤層經(jīng)常遇到截割?yuàn)A矸和破頂、底板等情況,甚至截割全巖,此時(shí)采煤機(jī)的截割效率降低、截割部故障率升高。要采取針對(duì)性措施在增加截割功率的同時(shí),增強(qiáng)采煤機(jī)的破巖能力,提高截割效率。

2、采用變頻調(diào)速系統(tǒng)機(jī)外載布置方式,減小機(jī)身厚度;適當(dāng)提升采煤機(jī)機(jī)身高度,增加過煤空間。為保證生產(chǎn)能力和過矸能力,要求過煤高度不能小于400mm。

3、增加液壓支架推移油缸和調(diào)底座油缸的液壓鎖,對(duì)操作閥和立柱的鍍層部位加保護(hù)措施,減少工作面放炮崩壞;側(cè)護(hù)板再加長(zhǎng)。

4、刮板輸送機(jī)過渡槽中板要加厚或進(jìn)行耐磨處理。

5、由于國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)的差距,國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的可靠性與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有差距,可以考慮在國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)上有選擇的配套進(jìn)口部件(如截割搖臂),克服國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)存在的不足,降低購置和使用成本,提高整機(jī)的可靠性。

(二) 現(xiàn)場(chǎng)管理方面

1、加強(qiáng)液壓系統(tǒng)的管理,推廣使用水處理裝置,嚴(yán)格按規(guī)定控制乳化液濃度,減少液壓系統(tǒng)故障。

2、鑒于薄煤層工作面特點(diǎn),放炮工藝不可避免,放炮措施應(yīng)有保護(hù)液壓系統(tǒng)元件的針對(duì)性措施及嚴(yán)格的問責(zé)制度。

3、鑒于薄煤層工作面實(shí)際采高1.4m,采煤機(jī)必須截割一定的矸石。所以應(yīng)重視采煤機(jī)滾筒截齒的管理,要有動(dòng)態(tài)檢查、更換和監(jiān)督制度,避免因截齒缺損產(chǎn)生震動(dòng),誘導(dǎo)采煤機(jī)重大事故的發(fā)生。

五、存在的問題及進(jìn)一步改進(jìn)內(nèi)容

(一)存在的問題

1、總體配套應(yīng)用情況表明,為追求大功率、矮機(jī)身的采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)配套而犧牲的過煤空間是制約該項(xiàng)目產(chǎn)能進(jìn)一步發(fā)揮的主要瓶頸。

因***礦區(qū)的薄煤層賦存穩(wěn)定情況較差,工作面開采過程中矸石量較大,這給薄煤層采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)有限的過煤空間提出了較大挑戰(zhàn)。工作面出現(xiàn)過刮板磨損嚴(yán)重,鏈條、刮板不同程度的故障也與此有關(guān)。另外,過低的過煤空間限制了工作面整體運(yùn)輸能力。

2、國(guó)產(chǎn)設(shè)備,尤其是采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)在惡劣工況下的可靠性需要進(jìn)一步提高。如國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)常見的搖臂行星頭漏油問題等。

(二)下一步改進(jìn)內(nèi)容

1、鑒于薄煤層工作面在實(shí)際工作中最低采高很難低于1.4m,建議采煤機(jī)的機(jī)面高度和過煤高度應(yīng)適當(dāng)加大。

2、可增大采煤機(jī)滾筒直徑,由1.15m改為1.3m,以增加采煤機(jī)臥底量,提高滾筒的裝煤效果。

3、鑒于薄煤層工作面矸石含量大的特點(diǎn),對(duì)刮板機(jī)中板進(jìn)行有針對(duì)性的耐磨處理研究。

薄煤層安全高效開采技術(shù)的成功,特別是對(duì)于將薄煤層作為解放層的礦井,薄煤層高效開采為以后生產(chǎn)接續(xù)、保證礦井生產(chǎn)能力的均衡以及煤炭資源回收率的提高提供了可靠的技術(shù)保證。工作面單產(chǎn)水平、開采工效、全員效率都得到了顯著提高,對(duì)礦井可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

***礦業(yè)集團(tuán)薄煤層安全高效開采提高了我國(guó)對(duì)薄煤層整體裝備水平和工作面單產(chǎn)能力,使我國(guó)在薄煤層地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜條件下的高產(chǎn)高效整體技術(shù)水平有了大幅度提高。其研發(fā)的綜采液壓支架、采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)也極大地推動(dòng)了我國(guó)煤機(jī)行業(yè)的科技進(jìn)步,拉近了我國(guó)在這一領(lǐng)域內(nèi)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。

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