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炮采放顶煤在三软煤层中的应用

供稿:工控网 2006/9/5 8:11:00

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炮采放顶煤是在综采放顶煤技术取得成功的基础上改易的一种采煤工艺。综采放顶煤引进我国已有10多年,在许多矿井生产中已取得了很好的技术经济效果。炮采放顶煤与综采放顶煤相比,具有投资少(设备购置及安装费用是综采面的1/10)、安装及搬家速度快、适合条件广、布置及设计简单等特点,是介于综采放顶煤与炮采工作面之间的一种过渡型采煤方法,主要是采用型钢、单体支柱支架,是厚煤层(特别是三软煤层)采煤工艺变革的新途径。近几年来,在我局炮采工作面已普遍采用这种方法,均取得了明显的经济效果。同时,因其支架(Ⅱ型钢梁和单体支柱)简单、连接松散、支护的不稳定性,给安全管理带来一定的困难,因此,在采煤过程中,了解掌握煤岩运动特点,加强支护力度,合理确定其适用的生产条件,显得非常重要。在此,浅析炮采放顶煤采煤工艺和现场管理方法,并作初步探讨。 1 三软煤层顶板煤层活动 炮采放顶工作面一般是沿煤层底板布置,支柱支撑高度2.2m,控顶距一般为3~4m,放顶步距1m。在采煤过程中,顶煤活动分为两个阶段,一是顶煤破碎,二是顶煤放出。随着工作面的推进,逐步形成松散体,在松散体煤放出后,完成一次放煤工艺。在顶煤采出后,煤壁前方产生应力集中,形成支承压力,后部因放煤,对顶煤形成新的剪切力作用,煤体将进一步破坏,从而又被放出。根据研究分析,顶煤活动可分为:完整区(靠近煤壁方),破坏发展区(控顶区),破坏区(放煤区)。根据工作面推进放煤,顶煤将按上述顺序经过以上三个区,由原始状态到完整区的逐渐发展,直到破坏区,由舍帮放出,这便是三软煤层的顶煤活动规律。 2 支撑力、开采厚度和放煤效果 (1)放顶煤经炮采放顶煤工作面顶板煤层和围岩活动分析,在实践过程中,放煤效果取决于顶煤破坏程度和顶煤厚度,顶煤厚度大,极易形成平衡拱桥作用,经实际生产验证,顶煤厚度为采高的3~5倍时,放煤效果好,煤炭回收率高。 (2)支撑力对放煤效果也有较明显的作用。在支承压力反复作用下,顶煤按三个区活动被放出。根据计算,支架阻力对支架上方的煤层有较大的影响,在控顶区范围内,支架阻力大小不同,顶煤破坏程度不同。当支架阻力较小时(靠近煤壁处顶板煤层破坏程度高,支架中部破坏程度缩小),在放煤后易造成煤壁处的冒顶,顶板不易控制;当支架阻力较大时,支架前部(煤壁处)顶煤破坏程度小,后部因支柱支撑力小,破坏程度大;在移溜过程中,顶煤被挠曲,支撑反复作用,舍帮放煤时易放出。根据以上分析,顶煤的破坏程度一定程度上取决于煤层强度和支架阻力,而破碎的部位取决于支架阻力的分布。因此,我们在采煤过程中,将液压管路改用铁管,工作面使用2~3个注液枪,泵柱压力须达到15MPa以上,靠煤壁处升柱,采用2把注液枪,中排巷采用三把枪升柱。支柱的支撑阻力在控顶区变化较小,有利于顶煤的放出,在放煤顺序上经过分析比较,一次放煤的间距为“中中”5m,放煤破断角较合理,顶煤不易形成平衡拱,提高了回收率。这一理论在我矿两年来的生产过程中已得到了验证。 3 炮采放顶煤工作面顶板煤岩的相互作用 在放顶煤工作面,顶煤、直接顶、老顶活动将通过直接顶给顶煤以压力,再加上支柱的反复支撑,煤层的挠曲,使其产生水平的变形破碎,从而引起的直接顶、老顶的下沉,更促进了顶煤的破碎。 (1)支架对顶煤的作用特点。根据放顶煤开采的特点,如果顶煤强度大,支架的反复支撑只能对顶板2~3m的煤层起作用,而3m以上的煤层,一定程度上受老顶传递于直接顶的压力作用,在其作用下发生位移,造成煤层裂隙增大而破碎。如果煤层强度弱,直接顶作用于煤层的垂直压力,再加上支柱的反复支撑作用,更易打破顶煤的平衡,从而达到提高顶煤回收率的效果。 (2)支架对围岩活动的影响。由于Ⅱ型钢梁的成对使用,交替迈步,减少了卸载程度,顶板下沉速度变小。影响范围也小,尤其作用于煤壁方的支撑压力不易变化。根据我矿矿区观测数据表明,当移架时,中柱和后柱的载荷增加16.7%和21.8%,围岩的活动也有一定的反映。 (3)老顶活动对支架的影响。在放顶煤工作面,顶煤不能承担上覆岩层的运动,老顶回转运动的支点是在煤壁前方5~7m,老顶及上覆岩层的重量由前方煤体和后方冒落矸石承担, 来压时煤壁破坏较重,会发生片帮或冒顶现象。但是,由于工作面支架运动于老顶岩梁的保护之下,可免受老顶的动压作用。随工作面推进而甩入老塘,因而对采场支架影响较小,这也是放顶煤采场矿压显现不明显的原因之一,我矿三软煤层放顶煤开采以来,矿压观测数据显示,周期来压不大明显,一般随工作面推进6~9m一次,支柱承载比正常时大15%~25%,局部煤壁有片帮现象。 4 炮采放顶煤工作面的管理 (1)预防冒顶事故。在采煤过程中,由于支柱的稳定性能低,因此,我们仍在舍帮打上一梁三柱的连锁抬棚,靠煤壁方支柱(坡度大时)采用连锁链,并严格落实支柱的迎山支护,并适当降低采高,局部支柱落底以增大支柱的稳定性。当周期来压稍有显示时,煤壁方破煤只放底炮,减少对顶煤的破坏,并加大泵站压力。一次同时升柱不得超过两支注液枪。增大支柱初撑力,从而有效地预防冒顶事故。两年来,除有几次小型冒顶事故外,从没有发生推垮型、压垮型和人身伤亡事故。 (2)合理选择工作面设计参数。根据我矿工作面设计和现场管理、以及测定的数据,工作面坡度在8~15°范围内,工作面斜长一般以80m为宜。三软煤层放煤的两口间距“中中”为3~5m,工作面推进一次进度为1m,顶煤厚度在6~10m为宜。特厚煤层时可采用分层布置,并采用采后洒水,回采时间间隔为8个月,以利于下层工作面的顶板锈结。 通过炮采放顶煤的理论探讨和实践可以得出如下结论:只要了解掌握顶板煤岩的活动规律,根据地质条件和煤层赋存情况,合理设计工作面,选定合适的技术参数,通过现场管理,完全可以达到提高效率、增加效益之目的。
信息来源于:陕西煤炭安全生产信息网

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