马良慧 (华亭煤业集团有限责任公司山寨煤矿,甘肃华亭744112) 摘 要:基于山寨煤矿1201工作面底板起伏变化大,对正常回采带来诸多不利因素,采用无线电波透视法对地质异常区作了详细探测,在回采中靠近凸起段时提前逐渐提底,使工作面呈弓背形仰俯采,并制定刮板输送机、液压支架调控措施,实现了工作面安全高效回采。 关键词:综放工作面;底板;起伏;回采;无线电波透视;仰采;俯采 随着煤层开采强度的不断加大和延伸,工作面条件日趋复杂,地质构造频繁出现成为制约回采的正常因素。山寨煤矿以前在遇到地质条件复杂情况下采用松动爆破的方式实现正常回采,该技术存在爆破时损坏液压支架、大量矸石进入煤流系统,影响煤炭质量,不能满足市场需求等问题。如何实现在复杂地质条件下的稳产高产[1],提高煤炭发热量,成为急需解决的技术课题。 根据1201工作面现状,应用无线电波透视法进一步探明了工作面地质异常区,通过科学合理改变回采工艺,选择合理的参数调整工作面[2-4],恰当有效地控制割底煤高度,使其前后刮板输送机的起伏坡度与底板构造趋势相一致,工作面呈弓背形仰俯采,实现了高效回采。 1 工作面概况 1201工作面位于井田东翼,工作面北部为井田边界,东部及南部暂无采掘活动,工作面走向长610m,倾斜长150m,使用ZF6200/17/30型放顶煤液压支架支撑顶板,配套MG250/600-WDI型采煤机、GZ764/500(SK)型前部刮板运输机和SGZ764/500(SKH)型后部刮板运输机。工作面范围内煤层煤赋存较稳定,北部较薄,向南逐渐增厚;沿倾向较厚,东部较薄,倾角平均19°,平均厚5.6m,煤层普氏硬度系数2.0~4.0,密度1.32t/m3,工作面范围内同生冲蚀现象严重,工作面中东部有一背斜构造,煤层厚度变化大,底板起伏变化大,掘进过程未揭露大的地质构造。 2 底板起伏变化现状探测
在1201工作面采用无线电波坑透仪对该工作面地质异常区做进一步探测。采用YDT88型无线电波坑道透视仪“一发双收”的现场工作方法进行探测,在工作面回风巷布置11个发射点,对每个发射点在工作面运输巷接收11个实测场强值;在工作面运输巷布置11个发射点,对每个发射点在工作面回风巷接收11个实测场强值。其中发射点间距为50m,接收点间距10m。反演结果以实测场强曲线图,如图1,SIRT法叠代CT成像图如图2。 由图1可以看出,工作面回风巷5#~15#区段为明显场强低值区段,其场强值多小于45dB,该段煤岩层对无线电波的吸收性强,可能为采面内夹矸厚度变化所致;工作面回风巷35#~45#点、工作面运输巷38#~45#区段为相对低场强区段,场强值多在45dB以下,该段煤岩层对无线电波的吸收性强,可能为煤层厚度变化所致;回风顺槽55#~58#点、工作面运输巷55#~59#区段为相对低场强区段,其场强值多在45dB以下,该段煤岩层对无线电波的吸收性强,可能为断裂构造发育或煤层变化所致。 从图2可以看出,1201工作面有4个异常区,分别为于停采线向工作面80~100、170~190、360~480、510~590m处,均受采面内部煤层底板岩石隆起和煤层厚度变化影响,底板起伏变化大,对工作面有较大影响,其中位于工作面510~590m处,底板凸起最为严重,凸起最高为1.2m,沿倾向为60m,沿走向长度为80m。 3 回采对策 工作面底板起伏变化包括沿工作面走向和倾向2个方向,在1201工作面底板起伏变化较大,为少采矸石,根据工作面现状和无线电波探测结果,在回采过程中提前采用割刀调整的方法(图3),有效地控制割底煤滚筒的高度来解决倾向上底板的变化;对于工作面底板走向上凸起变化段,通过控制采煤机的卧底量进行抬升(降低)底板仰采(俯采)的方法来解决底板走向上的变化,使工作面呈现弓背形仰俯采,前后刮板输送机的起伏坡度,使其与底板构造趋势接近,其中工作面受构造影响最大的中段(34~65#)段坡度调整至最大限度,达到23°,工作面实际斜长也增大。
3.1 调整采煤机抬高割煤高度的方法 1)工作面刮板输送机弯曲的最大角度为3.5°,根据相关理论知识,采煤机割煤调高时沿倾向凸起部分弯曲段圆弧的半径[5]: (1) 式中:R为底板曲率半径,m;lc为底板凸起段延伸长度的1/2,m;α为底板凸起段极点两侧中心点处倾角差的绝对值,(°) 每刀割煤最大可以抬高的高度为: H=R(1-cosα/2) (2) 式中:h值就是凸起段可每刀调高的最大值。据现场实际测得,1201工作面底板凸起最高为1.2m,沿倾斜方向含矸石长度为60m,沿走向长度为120m。可以看出需要调整底板高度的最大值为1.2m,计算得出h=0.07m。即调整底板时采煤机每刀调整高度为0.07m,使支架顶梁高抬头仰采或卧底俯采,每个循环进度将支架底座提高或降低0.07m。 2)根据凸起段范围确定割煤时应调整的的始、终点位置,在1201工作面中,选择了底板凸起的极点与其两侧弧线的拐点之间的中点作为调高底板的始终点。 3.2 关键技术 在1201工作面采用的回采工艺为“两采一放”,由于该工作面回采过程中底板起伏变化大,将特殊的、具体的作业工序编入了回采工艺,由仰采向俯采过渡时,对于前后刮板输送机、液压支架的操作采取如下安全技术措施。 1)工作面伪斜调整。1201工作面自开切眼推进开始,工作面坡度就一直处于调整变化当中,长期进行弓背形调整,工作面摆伪斜是防止前后刮板输送机上下窜的基本技术手段,1201工作面长150m,倾角在15°~23°之间变化,依次确定伪斜角度为3°~5°,即工作面下部超前上部5~8m。 2)前后刮板输送机的调整管理[6]。在弓背形仰俯采阶段为防止前后刮板输送机出现上窜下窜现象,在合理掌握伪斜角度的基础上,采用由工作面中部向两端头进行推移刮板输送机的非常规方法,这样既保证、维持了合理地搭接,又避免了连杆的摆动所造成的倒架问题。 3)防止支架弓背形仰采时后倾、倒架、下滑方法。在弓背形仰俯采阶段为防止支架在调整过程中出现后倾、倒架、下滑,1201工作面在凸起的弓背形区段按照以下几点调整支架[4]。①严格移架顺序:坚持从工作面下部向上移架顺序,防止支架下窜;②带压擦顶移架:先升前立柱,再升后立柱,使支架前顶梁与顶板呈大面积接触,防止出现线状接触,提高支架的稳定性;③间隔移架:在仰采时为防止前移支架在初撑力阶段与顶板的摩擦阻力小,造成支架后倾、倒架及下滑等[7],采用间隔移架;④稳定支架:仰采时支架前移到位置后,支架间距会增大,将侧护板全部伸出;俯采时支架间距减小,及时升起支架,达到初撑力,防止支架后倾下滑。 4)加强工作面地质调查及地质预报工作,并对异常区进行钻探验证,对出现的地质异常及时记录,绘制工作面底版变化实测图,为制定科学回采技术方案提供依据[8]。同时,做好职工技术培训学习,能够掌握工作面底版起伏变化的调控技术要点,提高对调控的认识。 4 效果分析 根据探测结果,逐渐提底,按照每刀调高0.07m,经过15刀割煤完成了第1区段地板凸起的回采调整工作,经过9刀割煤完成了第2区段地板凸起回采调整工作,与原来松动爆破实现回采相比,无人工松动爆破工序,对工作面支架以及电缆等也未造成损坏,有效减少了采煤机割矸石,提高了工作面原煤产量和生产效率,也保证了工作面支架的稳定可靠支护,实现了安全生产,单班产量提高了500t,煤炭发热量达到了4800MJ/kg,提高了600MJ/kg,灰分为18%,降低了11%。目前1201工作面回采正常,但按照无线电波透视CT成像图看和实际现状,回采时还要经过2个底板凸起区段。 5 结论 1)在1201工作面底板起伏变化区段的回采实践中,创造了在复杂地质条件下,通过无线电波透视、超前探测预报、调整采煤机卧底量等综合措施,工作面原煤产量大幅度提升, 大大提高了煤炭低位发热量,降低了灰分,取得了良好的经济效益。 2)采取各种措施有效控制了刮板输送机的下滑、液压支架在仰采向俯采过渡期间的漏顶,防止了支架在仰俯采时后倾及倒架、咬架、下滑,保证了综放工作面的正规循环,实现了工作面安全、顺利、经济地回采。 3)在综放工作面底板起伏变化大、坡度变化大时,工作面伪斜调整是防止刮板板输送机核心技术之一,伪斜角度必须适度、合理,推移刮板输送机要要及时、灵活,观察要细致、认真。 参考文献: [1]曲春刚.薄煤层中实现高产高效的技术探讨[J].煤炭技术,2001(2):6-13. [2]邹吉波.如何实现薄煤层工作面高产高效[J].煤炭技术,2005(6):23-29. [3]柴士彬,关兴华.复杂地质条件综合机械化采煤技术探讨[J].中国科技信息,2010(15). [4]张志强,郭海涛.综采工作面液压支架倒架处理方法[J].黑龙江科技信息,2007(22). [5]索永录.分层综采工作面底板起伏变化机理及控制[J].西安矿业学院院报,1999(2):101-104. [6]胡永忠.薄煤层综采工艺在响水煤矿的应用[J].中国煤炭,2009(5). [7]胡立国,谢志军,靳瑞,等.不规则综采工作面回采工艺与技术管理[J].装备制造,2009(6). [8]纪平安,黄卓敏,张昊.综采工作面双向浅截深割煤控制顶板工艺[J].中州煤炭,2004(1). 作者简介 马良慧(1970-),男,甘肃镇原人,高级工程师,硕士,从事煤矿开采技术管理工作。
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