含夹矸厚煤层综采工作面托夹矸回采工艺优化.pdf
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1、第 7 期 山 西 焦 煤 科 技 No.72023 年 7 月Shanxi Coking Coal Science&TechnologyJul.2023技术经验收稿日期:2023-03-10作者简介:吴小斌(1977),男,山西武乡人,2014 年毕业于山西大同大学,高级工程师,主要从事煤炭开采技术工作(E-mail)603596504 含夹矸厚煤层综采工作面托夹矸回采工艺优化吴小斌(山西焦煤集团有限责任公司 官地煤矿,山西太原030022)摘要以官地矿 18502 含夹矸厚煤层工作面为研究对象,针对跟直接顶回采时存在的回采效率低、丢煤多、煤质差、矸石量大等问题,按照“分层分段、先托后放”的
2、调整策略及正规循环作业顶板控制思路,提出托夹矸回采工艺优化技术。实施该技术后,煤质灰分降低了 3.4%,含矸率降低了5.7%,硫分降低了 20%,该工作面多回收原煤 22 万 t,达到了安全、环保的目标。关键词含夹矸厚煤层;托夹矸回采工艺;顶板控制中图分类号:TD823.9文献标识码:B文章编号:1672-0652(2023)07-0029-03当厚煤层存在夹矸现象时,根据巷道围岩控制原则与相关技术研究,往往采用破夹矸跟煤层直接顶掘送方式1-2,尽管这种方式对巷道控制较为有利,但在工作面回采期间,夹矸对煤壁稳定性影响较大,易造成煤壁片帮现象3-5.同时回采夹矸后对煤质影响明显、造成大量矸石需筛
3、选处理,影响经济效益,特别对于一些老旧矿井,受运输条件制约,大采高设备无法投入使用,导致工作面回采时不得不选择留少量底煤回采,与煤矿安全规程第九十八条相违背,亟需对该回采工艺进行优化。1工程背景官地矿 18502 工作面是南五采区下组煤采区首采工作面,回采 8#煤层,工作面可采长度 665 m,采长239 m,可采储量 72 万 t.该工作面煤层为复杂结构煤层,全工作面稳定可采,8#煤层含一层夹矸,厚度0.43.0 m,平均厚度为 1.70 m,普氏系数为 1.52,其岩性为厚度变化较大、较软弱且无稳定层面的炭质泥岩,含硫分大,回采中易随采随落,控制难度极大。8#上厚度为 0.51.45 m,
4、平均厚度 0.98 m,8#下厚度为 2.34.0 m,平均厚度 3.15 m,煤层柱状图见图 1.该工作面使用 ZY9600/25.5/55D 掩护式支架,支撑高度 2.555.5 m,最大有效支撑高度 5.3 m.工作面于 2022 年 5 月 1 日开始初采,采用跟 8#上直接顶开采的方式回采,夹矸厚度 2 2.5 m,受支架支撑高度制约,导致工作面留底煤约 11.5 m.18502 工 作 面 5 月 跟 直 接 顶 回 采 期 间 产 量144 666 t,原 煤 含 矸 率 高 达 36.6%、灰 分 高 达33.19%、硫分高达 3.0%,回采效率低、煤质差、矸石量大等问题突显,
5、严重影响工作面产能释放。2工艺优化技术方案2.1托夹矸调整策略为解决上述问题,需将工作面由跟直接顶回采调整为托夹矸回采6-7,调整示意图见图 2.根据顶板安全为最高优先级原则,制定了“分层分段、先托后放”的总体调整方案,即:1)通过控制采机滚筒截割高度,每个循环托夹矸 150 mm 左右,预计推进约 12 m(约 15 刀煤)后将夹矸全部托住回采,原则上按从两头向中间的顺序逐段分层将夹矸托住。若由于压力过大或夹矸破碎,无法顺序将夹矸托住,可以在该段范围内选择一处顶板相对较为完整的地段将夹矸托住,然后以此为基础向两边扩展,逐渐将顶板破碎处或煤帮片帮严重地段的夹石托住。2)调整前,运输机保持平推,
6、待夹石基本托住后,且采高降至 3.2 3.5 m 时,开始逐步下放运输机,直至跟 8#煤底板进行回采。图 118502 工作面煤层柱状图图 2工作面托夹矸调整示意图2.2两端头管理由于 18502 工作面两巷沿 8#上直接顶掘送,因此工作面两端头需过渡垂直落差 3 m,按照支架错茬不超过支架侧护板的 1/3 要求,每个支架控制错茬为150 mm,计算可得两端头各需过渡 20 架。2.3具体调整方法1)割 煤 时 必 须 将 前 滚 筒 距 顶 板 距 离 调 整 在300400 mm,确保采煤机割煤后煤帮顶部留有 200300 mm 厚的夹矸。采煤机通过后,滞后采煤机前滚筒 23 架超前拉架,
7、用顶梁将夹矸支护,按照这种方法,循环推进,直至将夹矸全部托住。2)调整期间,严格控制采煤机割煤速度,割煤速度要与移架速度匹配。3)调整期间,每日测量运输机的直线,杜绝出现由于亏循环引起的倒架和运输机明显窜动现象;每班测量每 5 个架的采高、夹矸厚度、运输机下山倾角,方便及时调整。3工作面托夹矸回采期间顶板控制3.1总体原则无论是调整期间还是调整后,顶板控制都是最重要的管控内容,总原则是工作面坚持正规循环作业,防止运输机异常窜动及支架由于亏循环而发生的倒架现象,从而进一步引发的各类顶板问题8-9.3.2控制方法为更好地控制运输机直线,采取运输机量偏差法,具体做法为:1)利用每个支架两根立柱与运输
8、机挡煤板的距离差来判断工作面是否亏循环。其原理是:当工作面不亏循环时,工作面支架应和工作面运输机垂直,两立柱与挡煤板的距离应相等,距离差为零。2)当工作面出现亏循环时,工作面的支架与运输机不再垂直,而是斜交。此时,同一支架上的两根立柱与挡煤板的距离不再相等,距离差也不再为零。当亏循环越严重,斜交的角度越大,两立柱到挡煤板的距离差也越大,见图 3.图 3偏差法测量原理示意图3)根据以上原理,可以量取每个支架两根立柱至挡煤板距离差,通过累加计算,可以得出每节运输机槽的相对位置。4)将每一节运输机槽子的相对位置绘制在曲线图上,即可得到整个运输机直线图,见图 4,可以直观准确地分析工作面的整体状况,对
9、于亏循环段,极易造成运输机的异常窜动及支架倒架现象,因此要及时进行补循环作业,始终保证运输机有较好的直线度。4现场实施及相关经验4.1现场实施情况在工艺调整期间,要实时动态掌控工艺调整和现场顶板情况,及时调整运输机直线度和下山倾角、工作面采高、托夹矸厚度、跟底情况。工作面自 6 月 1303山 西 焦 煤 科 技2023 年第 7 期日早班开始调整,至 15 日夜班除两端头过渡段外,其余均顺利实现托夹矸回采,累计使用 3 个圆班,15刀煤。图 4偏差法测量运输机直线图4.2技术经验1)托夹矸分段作业时,过渡段必须平缓过渡,液压支架不挤、不咬、不歪,相邻支架错茬不得超过支架侧护板高度的 1/3.
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