特厚煤层放顶煤开采技术剖析课件

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,8 特厚煤层放顶煤开采技术,8.1,基本条件,8.2,工作面巷道布置于支护技术,8.3,工作面主要设备配置,8.4,开采工艺,8.5,顶板管理,8.6,运输巷、回风巷的超前支护,8.7,工作面矿压观测,8.8,工作面,“,一通三防,”,技术措施,2,关于特厚煤层目前还没有确切定义，在此将特厚煤层定义为,厚度在,12m,以上的煤层,。,在我国山西和西部地区这类煤层储量较大，其中大同塔山矿井具有代表性，是我国特厚煤层高产高效放顶煤开采的典型代表。,8 特厚煤层放顶煤开采技术,2024/9/11,3,8,.1,基本条件,大同塔山矿井是国家重点支持项目，井田位于山西省大同煤田东翼中东部边缘地带，井田内赋存有,侏罗系,和,石炭二叠系两,个煤系。,塔山矿井开采煤系为,石炭二叠纪煤系,35,号煤层，发热量,2033524191 kJ/kg (48575778cal/g),，灰分,26%,，硫含量小于,1%,，挥发分,37%,。,矿井煤炭地质储量,50.74,亿,t,，工业储量,47.64,亿,t,，可采储量,30.71,亿,t,，其中主采煤层可采储量,26.47,亿,t,，占全矿井可采储量的,86.19,。,矿井设计年产原煤,1500,万,t,。,2024/9/11,4,8,.1,基本条件,矿井,相对瓦斯涌出量为,9.16m,3,/t,，属于低瓦斯矿井。,煤尘具有爆炸危险性,，爆炸指数为,37%,，,煤层自然发火期为,6,个月,，具有自燃倾向。,矿井水文地质条件简单，巷道低洼处顶板有淋水，,日涌水量约为,50300m,3,。属煤岩层裂隙水与孔隙水。,在与现开采煤层,293370m,的上覆侏罗纪煤层中，有同煤麻地湾煤矿、南郊区胡家湾煤矿与黄土沟煤矿等遗留下来的,老采空区，存在一定积水,，在采前进行排水处理。,2024/9/11,5,8,.1,基本条件,矿井的开采方法为,综合机械化放顶煤开采,，一井一面，井下辅助运输采用,无轨胶轮运输,，,2006,年,6,月投产。,工作面开采水平为,10101045m,，开采深度在,500m,左右,，地面为黄土丘陵。,工作面,煤层厚度,1027m,，大部分煤层厚度介于,1620m,煤层倾角,1,3,，煤层硬度,2.73.7,。,工作面的顶底板基本岩层分布情况见表,8-1,。,2024/9/11,6,8,.1,基本条件,2024/9/11,7,8,.1,基本条件,2024/9/11,8,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,工作面长度,230m,，工作面可采长度一般为,20003000m,。工作面采用,一进二回三巷布置方式,，见图,8-2,。,其中,皮带运输巷,、,工作面回风巷,沿,35,号,煤层底板布置,，,专用,顶板回风巷,沿,2,号,煤层底板,布置。,2024/9/11,9,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,专用顶板顶回风巷为,矩形断面,，宽,3.2m,，高,2.5mm,。,采用,锚杆支护,，顶锚杆四排，排距,900mm,杆距,900mm,，并在巷顶中打一排,锚索,，索距,2700mm,。,破碎段采用,锚杆和工字钢棚联合支护,，棚距,700mm,。,2024/9/11,10,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,皮带运输巷,为,矩形断面,，宽,5.5m,，高,3.5m,，净断面,18.5m,2,。,2024/9/11,11,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,见图,8-3,巷道顶板正常段,采用,6,排左旋无纵筋螺纹钢,锚杆,、,3,排,锚索,、,塑料网,联合支护；,距巷道两帮,500mm,各打一排锚杆。,2024/9/11,12,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,左旋无纵筋螺纹钢,锚杆,2024/9/11,13,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,巷道两帮,用,4,排左旋无纵筋螺纹钢,锚杆,、,塑料网,联合护帮,:,距巷道顶,300mm,打第一排锚杆，其他锚杆排距,900mm,，间距,900mm,，直径,22mm,，杆长,1800mm,。,2024/9/11,14,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,巷道顶板破碎段支护比正常段支护采用的,工字钢棚,多，工字钢棚棚距为,900mm;,其他支护同巷道正常段。,2024/9/11,15,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,工作面回风巷,为,矩形断面,，宽,5.3m,，高,3.6m,，净断面,16.5m,2,。,2024/9/11,16,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,见图,8-4,，,巷道顶板正常段,采用,6,排左旋无纵筋螺纹钢,锚杆,、,3,排,锚索,、,塑料网,联合支护。,2024/9/11,17,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,巷道两帮用,4,排左旋无纵筋螺纹钢,锚杆,、,塑料网,联合护帮。,巷道顶板破碎段支护比正常段支护采用的工字钢棚多，其他支护同巷道正常段,。,2024/9/11,18,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,工作面切眼,宽,8.8m,，高,3.61m,，见图,8.5,。,2024/9/11,19,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,采用两排,锚索组,、锚索吊挂两根,3.5m,工字钢,一字排开垂直于工作面、十一排,锚杆,、两排,液压单体金属柱,、一排,木垛,，一排,木点柱,混合支护。,2024/9/11,20,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,两排锚索,组在切眼巷中心线两侧,2500mm,各打一排，间距,5250mm,；,锚索,吊挂,3.5m,工字钢,垂直于工作面，,3.5m,工字钢在切眼巷中心线两侧各吊挂一根，在垂直切眼巷中心线两侧,400mm,、,2000mm,、,3600mm,各打一根锚索用来吊挂工字钢，工字钢间距,1750mm,；,十一排顶锚杆,距切眼巷两帮,400mm,各打一排锚杆，其他几排排距,800mm,，间距,875mm,；,两排,液压单体金属柱,，第一排靠古塘侧煤壁，第二排距第一排,5000mm,；,一排,木垛,距采煤侧煤壁,1600mm,；,一排,木柱,靠采煤侧煤壁。,2024/9/11,21,8,.,2,工作面巷道布置与支护技术,工作面切眼绞车窝,规格为：,宽,深,高,5m,5m,3.61m,，支护同切眼。,工作面回风巷回风绕道,规格为：,宽,高,5.2m,3.6m,，支护同工作面回风巷。,皮带运输巷和工作面回风巷中每间隔,500m,在采煤帮侧打一,错车硐室,，规格为：,宽,深,高,5m,5m,3.5(3.61)m,。,2024/9/11,22,8.3,工作面主要设备配置,8.3.1,工作面主要设备配置,工作面的主要机电设备配置见表,8-2,。,2024/9/11,23,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,艾柯夫,(EKF)SL-500,采煤机的技术参数见表,8-3,。,2024/9/11,24,艾柯夫,(EKF)SL-500,采煤机,(,德国,),使用矿山：,国投新集口孜东矿、国投新集刘庄煤矿、神东煤炭公司大柳塔矿、晋城煤业集团寺河矿,等。,EKF SL-500,采煤机,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,2024/9/11,25,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,液压支架主要技术参数见表,8-4,。,2024/9/11,26,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,ZF13000/25/38,型低位放顶煤液压支架：,ZF13000/25/38,型四柱支撑掩护式低位放顶煤支架及配套设备,2024/9/11,27,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,刮板输送机技术参数见表,8-5,。,2024/9/11,28,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,转载机和破碎机的技术参数见表,8-6,。,2024/9/11,29,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,可伸缩带式输送机的技术参数见表,8-7,。,2024/9/11,30,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,DSJ140/350/3,500,可伸缩带式输送机,2024/9/11,31,8.3.2,工作面主要设备技术特征参数,乳化液泵站和喷雾泵站的技术参数见表,8-8,。,2024/9/11,32,8.4,开采工艺,工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采方法：,用,SL-500,型采煤机落煤装煤；,PF6/1142,型前部刮板运输机和,PF6/1342,型后部刮板运输机运煤；,ZF13000/25/38,型低位放顶煤支架支护顶煤、顶板，采高为,3.5m,。,2024/9/11,2024/9/11,33,34,8.4,开采工艺,工作面初采期间，当顶煤不垮落，或顶煤垮落高度不够时，按,“,两刀一放,”,的循环进行作业：截深,0.8m,，放煤步距为,1.6m,。,当工作面顶板初次来压后，采用,“,一刀一放,”,的正规循环作业，放煤步距为,0.8m,，直到工作面停采线前,100m,。停采线前,100m,到停采线，只割煤不放煤。,2024/9/11,35,8.4,开采工艺,当工作面顶煤垮落达,4m,以上时，回收顶煤，但采空区垫层不能小于,4m,。,顶煤垮落小于,4m,时，不回收顶煤。,工作面,最大控顶距,为：,端面距,+,一刀煤截深,+,支架顶梁长度,=369+800+5395,=,6564mm,；,最小控顶距,5764mm,、,支架中心距,1750mm,、,端面距,369mm,。,2024/9/11,36,8.4,开采工艺,基本生产工序,：采煤机斜切进刀、割煤、移架、推前溜、放顶煤、拉后溜。,采煤机采用,双向割煤法,，从头到尾及从尾到头，沿牵引方向前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤。,工作面采用,追机作业方式及时支护,。,拉移支架的操作方式为本架操作，拉架滞后采煤机前滚筒,3,架，移架程序是收回护帮板、收回前伸梁、降前探梁、降主顶梁、移支架、升主顶梁、升前探梁、伸前伸梁、伸护壁板。同时要保持支架平直，偏差不得超过,50mm,。,2024/9/11,37,8.4,开采工艺,按,“,一刀一放,”,正规循环作业。,放煤时采用多轮顺序放煤：,放煤工前后分成两组，每组一人；,一组在工作面前半部放煤，一组在工作面后半部放煤,;,两组放煤工分别从头、尾开始向工作面中部放煤，然后再从工作面中部向工作面头、尾放煤；,放煤工根据后刮板运输机煤量多少，自行控制放煤量,。,放煤工严格执行,“,见矸关门,”,的原则。,8103,工作面逐月产量见表,8-9,。,2024/9/11,38,8.4,开采工艺,2024/9/11,39,8.5,顶板管理,8103,工作面采用,ZF13000/25/38,型正四连杆低位,放顶煤支架,126,架，,ZFG13000/26.5/38H,型,过渡支架,7,架、一组,ZTZ20000/25/38,型端头支架,(,两架一组,),支护顶板，采用自然垮落法管理顶板。架中心距,1750mm,，最大控顶距,6564 mm,，最小控顶距,5764mm,，端面距控制在,369mm,以内。,工作面顶板能够自行垮落,，垮落高度满足要求，不需进行初次人工强制爆破放顶。,为了保证顶煤的垮落，,开采初期对切眼内支护进行解锁，来破坏切眼内顶煤的完整,。如不能自行垮落，停产采取人工强制放顶煤。,顶板能够分层垮落，垮落步距一般为,12,16m,。,2024/9/11,40,8.5.1,来压及停采前的顶板管理,在来压和停采前,工作面提前做好,来压预防支护工作,;,提高支架检修质量,，杜绝,“,跑、冒、滴、漏、窜,”,，严格规范支架工操作程序，确保泵站压力及支架初撑力合格，同时必须,保证超前支护的数量和质量,。,提高工作面系统的,开机率,保证工作面,正常推进速度,。,停采前,编制收尾专项措施,，严格管理顶板，以确保工作面实现安全顺利停产。,2024/9/11,41,8.5.2,过断层及顶板破碎带时的顶板管理,过断层前，根据工作面与断层走向的交角，调整开采工艺，使,断层调至与工作面斜交或正交,，以减少断层在工作面的揭露面积。,顶板破碎时，采用,擦顶带压移架,。移架滞后采煤机前滚筒,不得超过,2,架,，仍不好管理时，提前靠架采用,割底不割顶来预留顶煤,的措施管理顶板；条件容许时在破碎处,预注玛丽散,，预先加固破碎的顶板。,2024/9/11,42,8.5.2,过断层及顶板破碎带时的顶板管理,马丽散,是一种低粘度，双组分合成高分子,聚亚胺胶脂材料，采用高压灌注进行堵水时，当树脂和催化剂掺在一起时反应或遇水产生膨胀，本身反应或发泡生成多元网状密弹性体的特征，当它被高压推挤，注入到煤岩层或混凝土裂缝（在高压作用下可以使煤岩层的闭合裂隙张开），可沿煤岩层或混凝土裂缝延展直到将所有裂隙（包括肉眼难以觉察的裂隙及在高压作用下重新张开的裂隙）充填。在封堵裂隙加固煤岩层时，煤岩层不含水时产品膨胀率也相应变小（膨胀倍数为,2,4,倍），高压推力将马丽散压入并充满所有缝隙，达到止漏目的，成品抗压介于,25,38Mpa,；在遇水后（掺水）时产生关联反应，发生膨胀，在膨胀压力的作用下产生二次渗压（膨胀倍数为,20,25,倍），高压推力与二次渗压将马丽散压入并充满所有缝隙，从而达到止漏目的，成品抗压介于,15,25Mpa,。,马丽散的使用范围：加固裂隙和不稳定地层；封闭水流入口；密实地层；岩石加固；锚杆的密封。,2024/9/11,43,8.5.2,过断层及顶板破碎带时的顶板管理,马丽散,2024/9/11,44,8.5.2,过断层及顶板破碎带时的顶板管理,发生漏顶时，采取,打棚顶杆、架木棚梁、用刹顶木做成假顶,等擦顶移架方式。,具体工艺,为：将漏顶区域及漏顶区域外,5m,范围支架前伸梁伸出，垂直于煤壁距顶,0.4m,，每间隔,1.5m,打一个棚顶杆眼，用规格为,35mm,，,L=2.5m,的棚顶杆,(,圆钢,),插入眼内，外露,0.3m,，将直径不低于,200mm,的圆木平行于煤壁架在棚顶杆上，并用,8,号铅丝双股将棚顶杆与圆木捆绑牢固。扫底后，及时移架，钻入煤壁内。,2024/9/11,45,8.6,运输巷、回风巷及超前支护管理,8.6.1,运输巷、回风巷的超前支护,由于工作面采用大采高放顶煤开采，煤层厚度大，两巷道超前支承压力和影响范围大，故,两巷超前工作面煤壁,40m,范围内支设超前支护,。,支柱采用,DW-X40,型,单体液压支柱,或,DW-X45,型,单体液压支柱,加,0.8m,形金属顶梁,，梁与巷帮垂直布置。,2024/9/11,46,8.6.1,运输巷、回风巷的超前支护,正常情况下,运输巷超前工作面煤壁,30m,内支双排支柱,，柱距,1200mm,。,在转载机两侧支设双排支柱：,非采煤帮一侧支一排单体柱，距巷中,2500mm,；,另一排单体柱支设在转载机旁，两排单体柱排距,4700mm,顶板压力大时，超前支护加强支护。,回风巷超前工作面煤壁,40m,内支双排支柱,，两排单体柱距巷中,1200mm,各排单体柱距对应巷帮,1400mm,，柱距,1200mm,。,两巷架棚段，单体柱支在两棚梁间，柱排距不变。单体柱初撑力,50kN(6.37MPa),。,2024/9/11,47,8.6.2,工作面安全出口管理,头端头支护,采用,1,号端头支架一组,(,两架,),、,2,号过渡支架维护头安全出口顶板，,尾端头支护,采用,133,号、,134,号过渡支架配合单体柱加长,0.8m,、宽,0.15m,、厚,0.1m,木柱帽维护尾安全出口。,当尾最后一架支架距煤壁,:,大于,2m,、小于,3m,时，支两排单体柱，支在支架与煤壁之间，单体柱距支架,5001000mm,，排距,1000mm,，柱距,1200mm,；,小于,2m,、大于,1.2m,时，支一排单体柱，支在支架与煤壁之间，单体柱距煤壁,7001000mm,，柱距,1200mm,。,2024/9/11,48,8.7,工作面矿压观测,根据,8102,工作面矿压观测结果,(8102,工作支架为,ZF/10000/25/38,型四柱支撑掩护式支架,):,顶煤初次垮落距,14.8m;,直接顶初次垮落距,14.8m;,老顶初次来压步距,45.75m;,周期来压步距离介于,10,25m,之间。,2024/9/11,49,8.7,工作面矿压观测,开采过程中共,41,根立柱压坏，多次发生片帮、漏顶事故,立柱突然下缩，甚至出现台阶下沉等严重矿压显现,。,为了保证安全高效开采，在塔山第二个工作面,(8103,工作面,),选用了,ZF/13000/25/38,型支架，工作阻力提高到,13000kN,，目前开采过程中，较,8102,工作面有很大改观，但是矿压显现依然较强烈,;,大同煤矿集团有意将支架工作阻力提高到,15000kN,，这就提出了一个新的课题：,如何研究评价特厚煤层放顶煤开采的顶板压力问题，对强烈的矿压显现给出科学的解释，并设计出合理的支架,。,2024/9/11,50,8.8,工作面,“,一通三防,”,技术措施,8.8.1,风量计算,以,8103,综放工作面为例，工作面实际风量，应按,瓦斯、二氧化碳涌出量,和割煤及放煤后涌出的,有害气体产生量,以及,工作面气温、风速、人数和冲淡无轨胶轮车释放的尾气,等规定分别进行计算，然后取其中最大值。,确保工作面有适宜作业的空气环境。,2024/9/11,51,8.8.1,风量计算,(,一,),按气象条件确定所需风量,:,=9231.51.51.0=2076m,3,/min,2024/9/11,52,8.8.1,风量计算,(,二,),按瓦斯(或二氧化,碳,)涌出量计算所需风量,:,=1008.92.5=2225m,3,/min,=1007.52.5=1875m,3,/min,2024/9/11,53,8.8.1,风量计算,(,三,),按工作面温度选择适宜的风速计算所需风量,:,=60l.0(6.2783.5)=1318m,3,/min,2024/9/11,54,8.8.1,风量计算,(,四,),按,工作面同时工作的最多人数计算所需风量,:,=4100+4004=2000m,3,/min,从以上分类计算中，取其最大者，则,Q,采取,2225m,3,/min,，进行风速验算。,2024/9/11,55,8.8.1,风量计算,(,五,),按风速进行风量验算,:,式中,S,工作面平均断面积，,m,2,；,2024/9/11,56,8.8.1,风量计算,(,六,),确定工作面实际配风量,:,以,8103,综放工作面为例，工作面实际风量，应按,瓦斯、二氧化碳涌出量,和割煤及放煤后涌出的,有害气体产生量,以及,工作面气温、风速、人数和冲淡无轨胶轮车释放的尾气,等规定分别进行计算，然后取其中最大值，确定,8103,工作面实际需风量为,2225m,3,/min,。,以上计算是,顶回风巷未形成前所需的风量,，在顶回风巷与工作面贯通后，风量计算可根据实际情况进行计算和调整。,2024/9/11,57,8.8.2,瓦斯防治,8103,工作面共设五个,瓦斯检查点,，分别为,工作面头部、中部、尾部、尾落山角、回风巷回风,，每班由瓦斯员对各点至少检查三次。,当瓦斯浓度达到,1.5%,时，作业人员撤至安全地点。,当瓦斯浓度小于,1%,时，方可恢复生产。,2024/9/11,58,8.8.2,瓦斯防治,工作面共安装二台,瓦斯传感器,。,在,工作面回风巷超前煤壁,10m,范围处,安设一台，其报警浓度为,1%,，断电浓度为,1.5%,，断电范围为工作面内全部电气设备。,在,工作面回风巷中距回风绕道口,1015m,处,安设一台，报警浓度为,1%,，断电浓度为,1.0%,，断电范围为工作面及回风巷内全部电气设备。,机组上安装一台,机载断电仪,，当瓦斯浓度超过,1%,时，自动切断采煤机高压电源。,2024/9/11,59,8.8.3,综合防尘系统,工作面运输巷铺设一趟,0.12m(4,寸,),液压用水管,、一趟,0.09m(3,寸,),净化水管,；,皮带巷,0.12m(4,寸,),液压用水管、,0.09m(3,寸,),净化水管供喷雾泵站和乳化泵站。,皮带巷,0.09m(3,寸,),净化水管每隔,50m,安设一个,6,分异型三通截门。,回风巷铺设一趟,0.09m(3,寸,),净化水管。,回风巷每隔,l00m,安设一个,6,分异型三通截门，以供洗巷、净化水幕及消防使用。,2024/9/11,60,8.8.3,综合防尘系统,工作面配备两台德国豪森科公司EHP-3K125/80型、两台无锡BPW-320/6.3M型,喷雾泵,及两台无锡KMPB-320/23.5型,冷却泵,一台RX31型,清水箱,、一台QX320/20,型,清水箱,和一台XO320/20型,清水箱,组成喷雾、冷却泵站，与开关列车联在一起，稳设在运输巷轨道上。,喷雾泵站使用38mm、38mm、25mm液压管分别与支架、机组、前、后刮板运输机电机相连接，以供,喷雾、冷却,。,2024/9/11,61,8.8.3,综合防尘系统,采煤机安设,内外喷雾装置,：,每架支架有一道架间喷雾，放顶煤摆梁下每架设一道喷雾。,工作面所有运煤转载点均安设喷雾装置，喷雾必须喷在落煤点上,。正常情况下，内喷雾压力不小于2MPa，外喷雾不小于1.5MPa，若机组内喷雾不能使用，外喷雾压力不得小于4MPa。,工作面回风巷在距回风绕道口50m、运输巷距巷口30m各,设置一道水幕,，为固定水幕。,回风巷距工作面煤壁30m设置一道水幕，随采随移。要求水幕必须封闭全断面。,超前工作面100m进行煤体注水。,2024/9/11,62,8.8.4,防治煤层自然发火技术措施,工作面回风巷在距回风绕道口10,15m处、工作面回风巷超前煤壁不大于10m处、工作面尾部各安装一台,CO传感器,，传感器报警浓度为0.0024%(24ppm)。,在工作面皮带巷、回风巷各铺设,三趟束管,，分别在,：,工作面推进前方的进、回风巷布置测点；,在上、下隅角布置测点；,在采空区布置测点。,2024/9/11,63,8.8.4,防治煤层自然发火技术措施,若工作面温度超过26，必须采取,降温措施,。,为防止工作面开采过程中自然发火，工作面顶煤塌落后，开始对采空区浮煤实施,黄泥灌浆、注氮,，直至工作面封闭。,同时加强工作面设备管理，减少事故，在保证放煤效果的前提下，,尽可能加快推进速度,。,停采撤架、因故停采或工作面推进度不正常期间，工作面采空区或上隅角等处出现CO且达到一定值时，或放顶煤煤温超过50时，则,加大每天连续不断的注氮量和加大定期黄泥灌浆量,。,2024/9/11,2024/9/11,64,