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重型放顶煤支架在一矿的应用

时间:2024-07-28

徐小航

(阳泉集团泰安煤业有限责任公司,山西 阳泉 045000)

重型放顶煤支架作为普通放顶煤支架的改进版,具有稳定性好、工作阻力大、操作方便、安全性能高、较强的适应性等特点。阳泉煤业集团一矿在一次性采全高工艺试验成功后,又与北京科工集团合作,在一矿S8303工作面进行重型放顶煤支架试验。

1 工作面概况

1.1 工作面参数

S8303(东部) 工作面可采走向长度962m,倾斜长度215m,平均煤厚5.83m,工业储量1688146.5t,可采储量1468687.4t。

1.2 工作面地质条件

本工作面煤层赋存稳定,结构复杂。工作面老顶为灰色石灰岩,厚度11.8m,致密,坚硬,裂隙发育;直接顶为黑色泥岩,厚度1.19m,黑色,致密,性脆;直接底为灰色泥岩,厚度0.33m,水平层理,致密;老底为灰色细砂岩,厚度7.24m,坚硬,水平层理。

1.3 工作面巷道布置

工作面共布置四条巷道:一条进风巷,一条回风巷,一条低位抽采巷和一条走向高抽巷,全风压通风。见图1。

图1 S8303工作面巷道布置及生产系统示意图

2 工作面设备配备

工作面采用综合机械化低位放顶煤一次采全高采煤工艺,工作面每割一刀煤放一茬顶煤,实行“一采一放,追机放顶煤”的作业方式。主要生产设备见表1。

表1 主要生产设备

3 顶板来压适应性分析

3.1 顶板来压适应性分析

S8303工作面周期来压步距平均为14.9m,来压载荷平均为8404.34kN,动载系数平均为2.24,来压持续长度平均为2.45m,ZFY13000/24/40D支架能够适应S8303工作面顶板来压支护需要。

3.2 支架最大工作阻力分布

S8303工作面最大工作阻力为9150.5~14404.3kN,工作面最大工作阻力占支架额定工作阻力13000kN的110.80%,工作面最大工作阻力平均值为13118kN,占支架额定工作阻力13000kN的100.91%,支架工作阻力能够适应S8303工作面支护需要。

3.3 支架初撑力分析

S8303工作面最小初撑力为98#支架的3026.4kN,最大初撑力为42#支架的4776.2kN,平均初撑力4145.0kN,约为支架设计初撑力10096kN的41.06%,初撑力相对偏低。

4 机尾三角煤区域支架适应性分析及措施

S8303工作面于2018年2月28日开始正常运转及调试完毕,工作面形成如图2所示的“类锅底”状,机头过渡范围约为16架,机尾过渡范围约为20架。

图2 S8303综放工作面倾向剖面示意图

由于工作面实际采高为3.5~3.7m,平均约为3.6m,顶煤厚度为2.23m,机尾110~120#支架顶煤太薄,不足1.5m,顶煤托不住,造成支架不接顶,顶板管理难度较大。4月初,工作面推进约50m时,机尾遇到一断层,走向持续长度约15m,为了避免工作面割全岩,机尾开始钻底,工作面沿底板推进,此时工作面顶煤厚度达到2.33m,顶煤能够载住不脱落,因此机尾顶板控制效果较好。至2018年6月22日,工作面累计推进约330m,受煤仓满仓影响,工作面日割煤6刀,单班割煤3刀,若不考虑满仓影响,工作面单班割煤可达4刀。

机尾沿底板推进优点:(1)多回收底煤。S8303工作面沿着煤层底板走,可以多回收机尾三角区域底煤,煤炭回收率高。(2)顶板易维护。机尾沿顶板推进,顶板容易控制,支架便于维护。

5 过陷落柱时支架适应性分析及措施

工作面于2018年6月22日左右机尾4架遇到走向长度75.8m的陷落柱(如图3),机尾顶板三角煤载不住,陷落柱边缘顶煤、顶板控制难度较大,发生过一次顶板塌漏,给现场生产带来较大安全隐患。为保证工作面快速推进,采取如下措施:(1)为减少过构造割岩石量,机尾工作面支架尽量沿顶板走,且减少机尾构造处采高。(2)陷落柱与煤体交界处、机尾顺槽开采帮进行提前注浆加固。(3)保证支架初撑力,减少放煤,快速推进。

图3 S8303综放工作面过大陷落柱(2018.6.22)

6 重型综放与普通综放对比分析

6.1 采放工艺对比分析

(1)采放比较普通综放工作面得到优化。就S8303工作面而言,割煤高度2.7m与3.6m时的采放比分别为1:1.15与1:0.61。

(2)重型综放工作面回收率增加,放煤时间大幅减少。

S8303重型综放工作面采高达到3.5~3.7m,割煤高度增大约0.9m,较普通综放工作面割煤高度增幅达到33%,可以大幅降低放煤时间。根据现场跟班工艺观测,工作面单架放煤时间1.52min/架,普通综放面放煤时间为3min/架,放煤时间大幅缩短,工作面产能极大释放,产量增加。

6.2 产量对比分析

(1)普通综放工作面产量

81302工作面采用综放开采,采高2.8m,放煤高度4.16m,煤层厚度6.96m,采用MGTY400-930/3.3D采煤机、ZF6200/17/32液压支架、SGZ-1000/1400设备进行回采。81302普通综放工作面于2014年10月~2015年11月生产期间,地质条件与S8303工作面相似,最大月产量为245529t,平均月产量为134025t。

图4 81302工作面产量情况

(2)S8303重型综放工作面产量

S8303工作面3月、4月、5月、6月产量分别为96863t、143891t、226079t、251852t。其中,3、4月份为初采阶段, 5、6月份工作面取得了较好的产量,两个月连续产量均可达到20万t以上,说明重型综放工作面能够较好发挥工作面生产能力,体现了重型综放开采的优势。如图5所示。

图5 S8303工作面产量情况

6.3 经济效益对比分析

重型综放工作面较普通综放工作面而言:

(1)顶煤回收率大幅提高。由于重型综放工作面提高了割煤高度,降低了放煤高度,因而降低了放煤损失,提高了工作面回收率。

(2)重型综放工作面产量提高明显。S8303工作面目前生产4个月,其中2个月产量已经接近甚至超过类似更厚煤层普通综放工作面绝大部分月份产量,预计S8303工作面产能可以得到进一步发挥,取得更高月产。

7 结论

(1)S8303工作面周期来压步距平均为14.9m,来压载荷平均为8404.34kN,动载系数平均2.24。支架工作阻力接近或者超过额定工作阻力的比例不超过5%,ZFY13000/24/40D支架对S8303工作面的顶板的条件是适应的,能够适应S8303工作面顶板来压支护需要。

(2)设备优点:① 顶板来压适应性好,控顶护帮能力强。大面积周期来压期间,仍能取得较好的顶板煤壁控制效果。②工作面月产量高,煤炭回收率高。③工作面采煤工序时间缩短,生产效率调高。

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