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浅谈十层煤俯斜开采顶板安全技术管理

作者:鸿运手机版登陆 更新时间:2015年10月26日 21:04:51

摘 要:根据山东鑫国煤电有限责任公司矿井十层煤开采实践,分析了煤层倾角在15~25°条件下,采用炮采俯斜开采时工作面顶板安全技术管理中存在的支柱的迎山角、支柱初撑力与工作阻力、支拄钻底、工作面支架稳定性、上下端头支护等问题,提出了技术管理措施。

关键词:十层煤;俯斜开采;顶板管理;倾斜长壁

  我国使用的采煤方法很多,壁式体系采煤方法在沿顶板开采倾角为13°~24°的十层煤中,采用单一倾斜长壁呈俯采的炮采工艺还存在很多问题。比如:支架向下山方向倒滑、支柱钻底、整体支护稳定性差、顶板难以管理、端头支护难度大等。十层煤直接顶板为泥质粉砂岩,平均厚度1.42m,其岩性脆、强度低、抗剪、抗挠曲能力低。鑫国煤电有限责任公司矿井在十层煤工作面回采实践中,采取有针对性的技术、管理措施,有效解决了生产中的这些难题。
1 概况
1.1工作面概况
  鑫国公司矿井10Ⅱ905工作面位于-210m水平九采区东翼,N10、N11断层附近。煤厚1.9~2.1m,平均2. 0m ;煤层倾角18°~24° ,平均23°。顶板岩性 : 直接顶厚度1.42m,深灰色,含黄铁矿及植物化石,层理发育;直接顶之上为10Ⅰ(厚度0.9m,不可采)。开采深度53~140 m。九采区地质条件复杂, 10Ⅱ905工作面处于N10与N11断层之间,该工作面因受地质构造影响,设计时只能采用倾斜长壁俯斜布置工作面。
1. 2采煤方法及工艺
  10Ⅱ905工作面使用打眼爆破落煤。炮眼布置方式:采用五花眼,顶眼眼距1. 0m,眼深1.2m,炮眼水平角70°~ 80° ,顶眼距顶板300mm ;腰眼眼距1.2m,眼深1. 2m,距顶板900mm;底眼距底板300mm,顶眼仰角5°,底眼俯角15°。顶眼装药量为0. 3千克/ 眼, 底眼装药量0. 45千克/ 眼, 腰眼装药量0.2千克/眼。
  爆破方法:采用微差爆破,一次起爆最大不超过2组,采用矿用二级乳化炸药和1~5段毫秒电雷管引爆。
  落装煤:倾斜长壁俯斜推进采煤法,借助爆破装煤,大部分煤自行装入刮板输送机,底板余煤由人工清理到刮板输送机上。
  支护:工作面使用DJB-1000/300型金属铰接顶梁, 放炮后立即挂梁,顶梁之间相互平行,垂直于煤壁。使用液压移溜器移溜,移溜完毕后随即在新挂顶梁下支设支柱。支柱使用DZ系列单体液压支柱支护顶板“三~四”排控顶,柱距0.75m。排距1.0m,支护密度1.3根/㎡,最大控顶距4.3m,最小控顶距3. 3m,采用全部垮落法管理顶板。工作面日进3m 。
2 十层煤大倾角俯斜开采中的顶板管理
2. 1提高直接顶的稳定性
  随着工作面俯斜角的增大,不仅要支顶板重量使其不离层,而且又要防止顶板回转失稳。当大倾角煤层采用俯斜时,工作面支护应以防止顶板回转下滑失稳为主, 且随俯斜角的增大所需初撑力增大。

  图 1:直接顶的受力图
  合理选择支柱的迎山角。当支柱具有一定的迎山角后,能有效地控制直接顶向采空区方向偏转。根据我矿多年开采的经验,本工作面支柱迎山角为沿工作面推进方向,支柱垂直于顶底板,沿工作面倾斜方向,支柱迎向采空区方向4°~6°。
  从提高顶板的整体稳定性入手,在工作面切顶线内侧,每隔6m架设一组戗棚。当顶板失稳并下沉时,它能有效地支撑并稳定顶板,从而杜绝冒顶事故的发生。
  提高支柱的初撑力和工作阻力。为了有效地控制顶板运动,防止顶板离层而提前垮落。工作面必须具有足够的支护强度,在严格按要求架设支架的同时, 重点加强支柱初撑力的管理,有煤底的支柱全部穿直径380mm的铁鞋,并执行“多次补液”制度,使支柱的初撑力达90kN以上。
2.2工作面支架的稳定性
  大倾角俯斜开采时,工作面支架架设质量难以掌握,支架的稳定性控制不利。为此我们在支柱三用阀上端使用联柱器棚棚连接,使工作面支架连成整体,保证支架稳定。回柱前沿切顶线打加强柱,确保工作面支架的稳定性。
2.3防止支柱钻底的处理
  为防止支柱钻入底板而影响支护强度,需对支柱的钻底性进行分析。煤层容许比压为 2.0MPa,刚度为0.68MPa/mm;煤层底板容许比压为 5MPa,刚度为20MPa/mm。支柱达到设计工作阻力时所需底座面积由以下公式计算为:
  S = (Pt·f) /( K·h)
  Pt :支柱设计工作阻力,250kN;
  K :容许刚度 (MPa/ mm);
  f :换算系数 10;
  h :允许支柱压入底板深度(10cm);
所需底座面积 S = (250×20)/(0. 68×10) =510 (cm2);
  根据10Ⅱ905工作面实际地质条件要求,选用直径为38cm的圆形铁鞋,以满足支护及防治水管理要求。
2. 4工作面端头支护
  针对工作面上下端头处控顶面积大,存在冒顶事故的隐患的问题,将传统的端头支护方式改为(如图 2 所示)一梁(限位梁)一柱中定位方式,由于限位梁梁有限位板互相支撑,使梁与梁之间联成一个整体,大大提高了端头支护的整体稳定性,有效防止了端头冒顶事故的发生。

  图2:工作面端头支护平面图
3 结束语
  鑫国公司煤矿属衰老矿井,受地质条件影响较大且不规则的边角块段很多,很难布置正规走向长壁工作面。因此,因地制宜布置倾斜长壁工作面尽量回收煤炭资源对延长矿井服务年限起到重大作用。10Ⅱ905工作面大倾角俯斜开采在采取了上述顶板安全技术措施后共生产原煤5.6万吨,消灭了人身事故,在技术、经济、安全、质量标准化等方面均取得了良好效果。对许多走向衰老期的矿井挖掘新储量,具有借鉴意义和推广价值。
参考文献 :
[1]徐永圻. 煤矿开采学[M] .徐州:中国矿业大学出版社,2009.
[2]刘吉昌. 倾斜长壁开采 [M] .北京:煤炭工业出版社,1993.
[3]杨孟达. 煤矿地质学[J] . 北京:煤炭工业出版社,2001.