复杂地质条件下综采工作面设计优化技术研究

冀中能源股份有限公司东庞矿技术科 河北 邢台 054201

0 前言

以东庞矿21105A工作面为试点进行了复杂地质条件下采煤技术综合技术研究,通过该项研究,具有重要的指导意义,可以确保矿井安全生产和正常的采掘衔接;可加大边角煤的回收力度;对提高资源利用率、降低开采成本、降低煤炭生产的事故率具有重要意义。

1 工作面概况

1.1 煤层赋存情况 工作面结构复杂,含有一层夹矸,煤层厚度变化较大。上层煤厚度为2.20～3.10m,平均为2.72m;下层煤厚度0.84～1.50m,平均为1.36m;夹矸为粉砂岩、细砂岩,厚度为0-0.9m,平均为0.39m;煤层总厚度3.14～5.7m,平均4.46m。煤层倾角为5～11°。

1.2 地质构造 该工作面地质构造复杂,主要表现为断裂构造,其中北f209(SF3)、北f205(SF8)断层落差较大,工作面位于两个断层之间,断层的摆动及派生断层对工作面掘进影响较大。

2 工作面设计优化

21105A综采工作面受地质构造的影响,在一定程度上通过工程措施,将复杂条件分解为简单的,使回采巷道尽可能沿构造的边缘进行布置,经过这样的施工,宏观上看是复杂和不稳定的煤层,从被切割各个局部来看就是简单和平稳的。

2.1 工作面机尾续架工艺 根据21105A工作面的实际情况,设计了不等长工作面布置方式,回采过程中边采边续支架。工作面初期最短,安装ZY5000-25/50型掩护支架25台,平推60m后,工作面平均每6.7m需增加一台支架,工作面支架总数逐渐增加到91台。

1)工作面续架原理

在针对工作面延长部分实施连续性回采作业的过程中,要依据其倾角度的大小并顺着皮带巷方向来调平行工作面的推进方向,确保支架及输送机推进的水平性,防止输送机头偏离巷道的中心线,为工作面机尾再连接支架提供方便。

续接支架工作应在输送设备尾部电机还有2m就达到轨道巷上邦的时候,就可以实施续接支架工作了,且每次续接支架只能是一架,同时,工作面的刮板输送机也要跟随支架数量增加而进行必要的延长。

2)工作面待续支架的放置要求

因为工作面回采过程中产生的采动压力会影响巷道,严重时甚至会出现变形,进而也会给后续进架工作带来许多困难。因此,在轨道巷内一次性把支架运进,并定位好等待输送机尾部到指定位置后再进行续接。同时,在进过现场仔细勘察后,科学合理的设计和计算了巷道内支架的摆放位置及续接间距,确保了支架放置的准确性,也提高了回采续接支架工作的效率及质量。

3)工作面机尾续架安全技术措施

(1)延长续架前,应确保工作面上的支架、输送机及煤壁保持直线,输送机要平稳且没有起伏现象,支架要与输送机保持垂直。

(2)在工作面进行回采工作中,随着持续推进,会增大机尾首台支架上方和巷道上沿之间的距离,这种情况下应选择长度是1米的铰接顶梁和单体液压支柱来实现配合,并达到良好的支护效果,且应遵循一梁一柱及单体距煤壁≤0.5m的原则。

(3)对支架的支护状态依据实际情况进行实时调整,使得支架和输送机始终保持垂直。在机尾三角区部位移动支架的时候,要在带压力的情况下进行擦顶移架,防止出现因支架反复支撑顶板而引起不必要的人为性顶板破坏现象。如果移动支架有难度的时候,可以选择单体来对移架进行辅助,以有效防止顶板出现冒顶现象。

(4)对回采高度进行严格控制,保证割煤期间顶底板的平整性。落实敲帮问顶制度到实处,严禁空顶作业。

2.2 工作面调采 工作面采用不规则形状布置,造成工作面回采过程中调斜回采,若调采工作中用的策略不合理,便会使得综采整个工作面的生产能力无法充分发挥出来。21105A工作面回采推进过程中,先后进行了2次调采,调采角度分别为8°、13°,以调采角度13°时为例介绍调采技术要求及调采工艺要求。

1)调采技术要求

(1)调采期间,皮带巷应前进46.2m,轨道巷应前进15.4m,调采的比例是机头:机尾=3:1,依据每刀前进0.7m来计算,一个循环机头需平均前进2.1m,机尾前进0.7m,总计应有22次循环过程。

(2)工作面自皮带巷导线点E7以里28.1m开始调采,调至点E7以外18.4m处调采结束,需割66个机头,22个机尾;调采开始前首先在工作面皮带巷、轨道巷标明调采开始和调采结束位置。

2)调采工艺要求

(1)开始调采之前,要对支架进行全面的检查和维修,提高支架的性能,尤其要保证顶梁、掩护梁及后连杆侧护板等部位必须良好,增大支架调节的便利性,从而更好满足溜子的变化要求。

(2)在调采开工之前,相关技术人员应把支架之间的距离调节好,并确保支架之间有足够的活动空间,有效避免调采过程中出现咬架或挤架问题,便于移动支架。

(3)调采时,跟班及班组长要严格掌握机组拐点位置,确保溜子顺直,不出现死弯、急弯。

(4)随工作面推进及工作面溜子运行方向的变化,支架工应及时调整工作面支架,以适应工作面溜子的变化,防止支架出现咬架、挤架的发生,确保支架有良好的支护状态。

(5)推移工作面溜子的过程中,支架工需使用好防滑设施。

(6)调采期间,每当机头前进2.1m,就要对通刀进行一次割切;移架过程中也要合理调节支架,应遵循“一步三调”的原则。

(7)在调采机头过程中,机尾推进距离短,要做到机尾段少动多调,在动中调,调中动,预防支架出现挤架、咬架的发生。

3 结论

(1)针对21105A工作面复杂地质条件,两巷采取沿断层边缘布置,使工作面为不规则状态,通过调采、不断续架等特殊采煤工艺,以达到多回收煤炭资源的目的。

(2)总结了一套切实可行的综采工作面资源回收率与煤质管理的现场考核机制。