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急倾斜煤层开采工艺和支护方法优化

2018-12-29

山东煤炭科技 2018年12期
关键词:煤业巷道煤层

于 洋

(山西焦煤西山煤电登福康煤业,山西 古县 042403)

作为西山煤电下属的一个大型煤炭生产企业,登福康煤业近年来不断加大对倾角较大煤层的开采力度,但在开采中始终存在煤炭损失率高、开采效率低下等问题,极大限制了该矿煤炭生产效率的提高和经济效益的进一步增加。因此,登福康煤业希望寻找一种新的采掘工艺,提高开采效率和开采安全性[1-2]。

1 原急倾斜煤层开采工艺

(1)原采煤工艺。先前登福康煤业在急倾斜工作面开采时,采用的采煤工艺方法是柔性掩护支架采煤法,由采区平巷道按照22°的伪倾斜角掘溜煤的斜坡,布置开切眼,进行开采。其巷道综采面的布置结构如图1所示。

柔性掩护支架由工字钢制成,支架的宽度为2m,支架通过钢丝绳、夹板等组成一个完整的柔性体,使用的钢丝绳直径为20mm,禁锢螺丝采用Φ16mm防松螺钉,所用夹板尺寸为350×180×55mm。在该工作面进行开采时,开采工序:准备阶段→打炮眼→布设雷管→放炮作业→扒煤→支护→放架→放架后煤。

图1 登福康煤业柔性掩护支架工作面巷道结构示意图

(2)影响急倾斜煤层工作面单产因素。柔掩面主要分布于矿区的单斜2槽处,煤层厚度0.9~17.6m,倾斜角16°~70°。煤层内存在一定的夹石,有分层的现象。煤层上部较薄,在西下部分煤层较厚,地质条件如表1所示。

表1 单斜2槽处工作面的地质条件

由于急倾斜煤层处的地质条件较为复杂,在巷道内煤层有部分倒转情况[3],煤层底部有小断层,直接影响到了柔掩面开采效率。顺煤层走向,煤层厚度存在突变的情况。当巷道内煤层的厚度过大时,掩护支架的宽度较小,架后煤没有办法及时采掘出来。而当煤层的厚度过小时,掩护支架没有办法放下来,会造成窝工,极大地影响煤炭的采掘效率[4]。

2 开采工艺优化

2.1 巷道布置形式优化

为了煤炭运输的方便,原工艺采用的是斜坡短壁式的巷道布置形式,其工作面的最小斜度是61m,最大的斜度为130m,工作面最小的走向距离是141m,最大的走向距离是214m。该采煤方案可实现自溜出煤,无需使用输送机设备,结构相对简单,但是该方式却需要由人工完成煤炭的运送,工作强度极大,煤炭生产效率低下。这种工作面的布置形式也限制了走向的长度。为了克服以上缺点,对巷道布置形式进行了优化,采用平巷布置结构,结构示意如图2所示。

图2 斜坡上山平巷式出煤开采方案布置结构

优化后工作面的长度小于600m时,采煤工作面的走向与采区的长度是一致的。当工作面的长度大于600m时,工作面的走向应视采区的实际情况确定。优化后巷道内垂高约为30m,工作面的斜道长度为74m,巷道内两天收作眼间相距9m,在运输平巷处设置有4m的煤柱,每个煤柱之间相距6m,在超前工作面上设置3组溜煤的小眼。

2.2 爆破工艺优化

为提高采掘效率,采用了在采面一次性爆破的方案,优化后工作面的一次起爆工艺的炮眼布置如图3所示。

图3 工作巷道炮眼布置结构

采用一次性煤层爆破方案后,在单斜2槽的680m水平西二巷内,该工作面的原产量为8046.42t,按其平均煤层厚度为2.5m,采面的长度为30m计算,优化煤层爆破方案后该区段煤的月产量可达11362.3t,产量提升了41.21%。

2.3 掩护支架结构优化

为了克服旧的掩护支架对巷道采面结构适应性不足的缺点,该矿对掩护支架的结构形式进行了优化[5],优化后的结构如图4所示。

图4 优化后掩护支架结构示意图

柔掩面均采用伪斜面布置形式,在巷道内,掩护支架需要由人工搬运到采面,因此若支架结构繁杂、沉重,将严重限制其在巷道内的应用。因此,采用了2.8m宽的简易支架结构形式,该支架采用11号工字钢结构,在支架下部设置有4根直径为32mm的钢丝绳,通过放松螺栓和夹板,使其构成柔性整体,其结构参数如表2所示。

表2 掩护支架结构参数

3 结论

通过对登福康煤业急倾斜工作面单产影响因素的分析,结合单斜2槽的实际情况,提出了开采工艺和支护优化方案。通过一系列优化后,单斜2槽工作面的煤炭产能提高了41.21%,通过对掩护支架结构的优化,极大降低了人工劳动强度,提高了班组的作业效率。新的急倾斜煤层开采工艺方案的提出,有效解决了登福康煤业斜煤层煤炭开采效率低下的难题,具有较大的社会和经济效益。

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