厚煤层综放开采安全技术研究
摘要
关键词
矿井工程;水体下采煤;综放工作面;导水裂缝带
正文
我国的煤炭产量约占全球煤炭产量的40%。煤炭资源是国家能源中不可替代的。我国现有的煤炭资源及生产规模中,厚煤层储量占全国储量和产量的50%左右,其能源优势十分显著,能够有效地促进我国的煤矿生产。但由于煤矿的开采受到矿区的地质、矿区环境等因素的制约,必须根据煤层厚度及开采工艺条件,选用适宜的采煤工艺。随着厚煤层的开采深度逐步增大,将会产生许多新的问题,并对这些问题进行了研究。
1厚煤层综放开采技术
1.1放顶煤开采
放顶煤开采是在厚煤层底部设置一个采高工作面,通常采用传统的矿井开采方法,利用矿井的压力和爆破的方法,将顶部的煤块粉碎,然后从支架后的出口排出,再由矿井后部的煤矿运输机将释放出来的煤块带出。放顶煤技术按采掘设备及支撑设备可划分为两类,即综合放顶煤法和简单放顶煤法。放顶煤的综合开采主要采用机械设备进行。
简单的放顶煤是在顶梁架上铺上顶网,但由于对顶板的控制不够好,支撑支撑的抗滑力和支承力往往达不到要求,且存在着一定的安全隐患,因此,目前普遍不采用这种简单的放顶煤技术。放顶煤开采技术具有明显的优越性,投资和开采费用相对较低,但矿井产量高,开采效率高,对厚煤层的裂缝和坚硬程度也有很高的要求,必须要有足够的规模,才能自己释放出来,由于煤的产量高,所以喷出的瓦斯量也会很大,开采后的煤渣会严重影响矿井的安全和地表的沉降。
1.2大采高开采
目前,随着矿井装备制造技术的发展,特别是设备的设计,矿井效益逐步提高,大采高采技术得到了广泛的应用。按照有关法规,采高最高不能小于3800毫米,在一次大采高工作面上,采用液压支架,相应的工作面为大采高。从上个世纪八十年代到九十年代,我国一直在研制适合我国矿井的各种机械装备,经过多次的生产试验和工业化试验,取得了明显的效果。目前,大、高、厚煤层开采技术已被广泛采用,并已在国内许多矿井中推广使用,取得了良好的经济效益。随着矿井技术的发展与发展,大采高采煤技术将逐步向全国推广应用。大采高开采矿井工作面采用的支架高度较高,开采设备的动力较大,各类矿井输送设备及配套的大型辅助设备费用较高,必须一次全部投入使用,对矿井的种类、巷道的大小有较严格的规定和要求,但这种开采方法的产量高,作业效率高,更适合矿井的集中开采。
2我国厚煤层综采技术现状
从我国目前的厚煤层综采技术中,可以看出,我国的煤炭采掘技术水平和机械化利用水平都有很大的提高,但与世界先进水平仍有一定差距。
2.1综采设备
我国厚煤层综采工艺采用的采掘机械,具有动力低、劳动生产率低、产能不足、使用性能差、使用寿命短等特点,特别是采用计算机技术等。
2.2综采技术
在国外,一些发达国家对煤矿综采工作面的发展给予了很大的关注,它具有很大的工作面、很高的产量、较高的开采面积和较大的储量。在2005年,美国部分综放工作面的总长度将接近310米,最大的掘进长度为4490米,而综放工作面的产量则达到了324万吨。澳大利亚在2003年的综放工作面平均长度为229米,综放面积为2284吨。2005年以前,全国煤矿的综放工作面仅有300米以上,但直到2008年,我国首次开发和应用了400米。
2.3地质条件制约着综采的大力发展
我国厚煤层的地质情况十分复杂,由于区域不同,煤层厚度不均匀,煤层倾角过大,各种复杂的因素制约着矿井生产的正常生产,使其与煤炭开采大国的差距越来越大。
3.厚煤层综采过程中存在的问题
在煤矿中,对于瓦斯涌出量大、厚煤层硬度低、缓慢下沉的小煤矿,普遍采用分层开采技术。在煤层硬度低、煤层厚7 m、煤层硬度低的情况下,放顶煤开采技术较为适宜。对于煤层较厚、煤层较硬、对生产效率有较高要求的煤层,大多采用大采高煤层的采矿技术。另外,在厚煤层、11米、40米以上的煤层中,可以采用多种开采技术,而在较厚的煤层中,采用露天开采。但在厚煤层施工中,仍有许多问题亟待解决。
3.1提高煤炭资源回收率
厚煤层的贮藏方法、厚度都有其优越性,能达到高产出、高产出的目的,但由于煤层厚度太大,难以采用适当的技术来进行全厚煤层的开发,这就给煤层带来了极大的浪费。
第一,厚度损失。无论采取什么方法,都难以将厚煤层完全开采。在厚煤层的分层开采中,由于层间的构造划分,往往存在着煤皮,导致了煤层的大量流失;大采高矿井的采掘,通常所采的煤层与煤层的厚度并不完全一致,而在采掘厚煤层时,由于采掘技术和操作水平不够娴熟,会对综采工作面的采高造成一定的影响,若加快了采掘速度,提高了采收率,那么客观上就会使煤层厚度大幅度下降。在不均匀的煤层厚度下,更易发生煤层厚度丢失。
第二,放煤技术的损失。采用放煤技术进行采煤工作会造成放煤技术的严重损失,其主要损失是:初期采煤时不放煤,综采工作面两端不放煤,以及在正常采煤过程中发生的放煤损失。其中,前两种放煤损失目前仍难以得到解决,而在综采工作面两端不放煤造成的放煤损失问题也没有较好的解决办法。在正常矿井中,由于施工造成的放煤损失,可以采用适当的放煤技术来降低煤层的损耗,但也不能降低的太多。因此,必须重视对煤层厚度进行合理的研究。而在放顶煤开采中,顶煤的有效回收与放顶煤的厚度及开采技术密切相关。
第三,煤柱的损失。煤柱损耗是煤矿采掘中的一个重要环节。在厚煤层分层开采中,由于煤层厚度较大,设置支护后,会产生大量的煤柱,因此,如何科学、合理地回收出的煤柱就显得尤为重要。
3.2架型确定
目前,随着我国煤炭资源的不断开发与完善,在西部厚煤层矿井的开发中,存在着大量的厚煤层开采难题。一次大采高,在放顶煤生产中,顶煤的厚度很大,因此必须对支架类型进行再选择。由于厚度大,埋深较浅,在选择支架时缺乏科学、合理的理论依据,存在着一定的安全隐患。在一般条件下,在浅而厚的煤层进行开采时,由于顶板断裂,造成了煤层的破坏,造成了煤层不能形成分层的结构,从而使煤层和煤层的承重全部依赖于支架,从而增大了煤层的承载力。
4结束语
综上所述,综采技术在矿井中得到了广泛的应用,为实现矿井生产的高产、高效提供了一种行之有效的途径。针对易自燃厚煤层综放开采中的支护施工和防火措施进行了深入的研究,并提出了一种新的防治措施。其中,超前支护,向煤体灌浆、喷浆、氮气等是保证矿井安全的重要手段。巷道超前支护有效确保巷道围岩的稳定性,巷道在使用期间按未出现严重失修。从漏气防治的观点出发,在工作面的两端各18米处,用白泥砌成3米长的隔离墙,并用珍珠岩进行封堵,有效地防止了采空区的漏风。工作面内空气合理分配,将氮源注入到采空区,可有效地抑制煤体的自燃,采用倾斜式开采,采用压力均匀通风,工作面推进速度每日不低于38 m,工作面向前移动350 m,无煤自燃现象。
参考文献
[1]袁永,屠世浩,王继林,等.大倾角特厚煤层综放开采技术的研究与应用[J].煤矿安全.
[2]王红胜,李森林,李树刚,等.近距离煤层群下伏厚煤层综放开采下上行开采技术[J].西安科技大学学报,2016(5):621-627.
[3]马俊鹏,邢士军,郭杰,等.特厚煤层综放工作面安全高效开采配套技术[J].煤矿现代化,2016(4):31-33.
...