礦區(qū)油頁巖上行綜合機(jī)械化開采技術(shù)與應(yīng)用

1、龍口礦區(qū)油頁巖上行綜合機(jī)械化開采技術(shù)與應(yīng)用（交流材料）龍礦集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)處龍口礦區(qū)油頁巖上行綜合機(jī)械化開采技術(shù)與應(yīng)用龍口礦區(qū)位于環(huán)渤海灣經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)，地處經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、能源相對短缺、煤炭需求量逐年增加的膠東半島，是膠東半島唯一的煤炭生產(chǎn)基地，也是目前國內(nèi)唯一正在生產(chǎn)的海濱礦區(qū)。國內(nèi)東部地區(qū)特別是山東省陸地上的煤炭資源已經(jīng)得到了全面開發(fā)，油頁巖資源可以作為煤田的補(bǔ)充，對穩(wěn)定東部地區(qū)煤炭生產(chǎn)能力，保持山東省煤炭生產(chǎn)的中長期可持續(xù)發(fā)展具有積極作用。油頁巖作為一種新型的原料，其中含有很高的油比重和礦物質(zhì)成分，是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的綠色原料，在國內(nèi)是一種潛在的巨大能源，主要用于油頁巖煉油和發(fā)電等，具有廣闊的市場前

2、景，同時將對保障國家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。一、龍口礦區(qū)油頁巖回采技術(shù)歷程龍口礦區(qū)自1984年1月在北皂煤礦開采第一個油頁巖面2104面，由于回采工藝、回采設(shè)備等因素影響，油頁巖于1993年8月緩采，至最后一個油頁巖面1103面回采結(jié)束，共開采油頁巖面9 個，采出油頁巖184萬噸。采用的是順序開采，由于綜合利用技術(shù)不成熟，只能當(dāng)做普通燃料銷售，經(jīng)濟(jì)效益較差。2005年隨著開采技術(shù)的進(jìn)步和油頁巖綜合利煉油技術(shù)的成熟，決定進(jìn)行油頁巖上行開采。先后在北皂三采區(qū)1301、1303面采用原有的綜采放頂煤設(shè)備進(jìn)行了試采，工作面采高2.8-3.0m，但受綜采設(shè)備性能限制，設(shè)備損壞率較高，造成油頁巖回采成

3、本較高，綜合效益一般。2007年根據(jù)前期經(jīng)驗(yàn)，從機(jī)組截割、溜槽運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載破碎、支架改造等方面，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)、配套綜采設(shè)備，確定了采用zy4800型大采高綜采支架、配套mgty400/930-1.1d采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)多級破碎及倉口大型破碎機(jī)，進(jìn)行油頁巖上行開采技術(shù)研究。將工作面采高由原來的3.0m提高到4.0m，并在1304面進(jìn)行了試采，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益；后期通過北皂煤礦三采區(qū)、四采區(qū)、一采區(qū)6個工作面及梁家礦煤1一采區(qū)三個工作面的回采實(shí)踐，取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為油頁巖的開采奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為下一步油頁巖工業(yè)開發(fā)提供了成熟、可靠的技術(shù)支撐，保證了礦井產(chǎn)量的穩(wěn)定、促進(jìn)礦井的可持續(xù)發(fā)展。1.

4、1 初期油頁巖開采采用的回采工藝及設(shè)備 1.1.1 高檔普采工藝(1)工作面基本參數(shù):工作面設(shè)計(jì)一般為面長60-115米，采高為2.2米，單面儲量為4-25萬噸。(2)開采方法及頂板管理:采用傾斜（或走向）長壁后退式采煤法、全部垮落法管理頂板，工作面采用兀鋼、1.米金屬鉸接頂梁配合2.2米的單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)形式為正懸臂、齊梁齊柱式，“見四回一”，三四排支柱控頂。工作面兩端頭采用放炮、人工開機(jī)窩的方法進(jìn)行處理，采用單體液壓支柱配合四對八根長鋼梁進(jìn)行支護(hù)。(3)使用的回采設(shè)備:工作面采用dy-150單滾筒或mls3-2*170雙滾筒采煤機(jī)截割頁巖，配合sgw-150或sgd-730/18

5、0刮板輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。1.1.2 初期綜合機(jī)械化回采(1)工作面基本參數(shù):工作面一般設(shè)計(jì)為面長100米左右，采高為2.6米，設(shè)計(jì)可采儲量為20-50萬噸。(2) 開采方法及頂板管理:采用傾斜（或走向）長壁后退式采煤法、全部垮落法管理頂板。(3)使用的機(jī)電設(shè)備：工作面采用mls3-2*170雙滾筒采煤機(jī)截割頁巖，配合sgd-730/180溜子進(jìn)行運(yùn)輸，采用fz25015/28或兩柱支撐掩護(hù)式zzy36015/28液壓支架維護(hù)頂板，與采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)配套回采。1.1.3 初期油頁巖回采機(jī)電設(shè)備暴露出的問題受油頁巖固有物理性質(zhì)影響，其為泥質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬、層狀結(jié)構(gòu)，韌性大，硬度系數(shù)f =7。加之當(dāng)

6、時設(shè)備技術(shù)能力所限。突出表現(xiàn)在采煤機(jī)與運(yùn)輸設(shè)備極不適應(yīng)油頁開采。主要表現(xiàn)在：(1)頁巖截割反力大，因dy-150與mls3-2*170機(jī)組自身能力所限，回采過程機(jī)身劇烈震動，造成各連接部位螺栓失去作用。采煤機(jī)頻繁的出現(xiàn)過電機(jī)輸出齒輪打壞、搖臂齒輪損壞、斷搖臂、壞截煤部、牽引部、燒電機(jī)等情況。(2)螺栓的松動加劇了煤機(jī)的震動，造成機(jī)架開裂開焊，各密封損壞，致使各減速箱漏油嚴(yán)重。(3)滾筒刀型截齒，截割能力小，效果不好。其固定方式不適應(yīng)頁巖截割。造成大量丟失損壞機(jī)刀。(4)與采煤機(jī)配套的150與180刮板輸送機(jī)，其槽寬小機(jī)組在其上穩(wěn)定性差，造成了機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)，過煤困難。(5)刮板輸送機(jī)功率小，鏈條

7、強(qiáng)度低。燒電機(jī)、斷鏈子、壞刮板等情況頻繁發(fā)生?？梢哉f從單純對油頁巖的回采方面來看，1993年停止油頁巖回采，很大的原因是因?yàn)闄C(jī)電設(shè)備不適應(yīng)頁巖回采而做出的決定。1.2 當(dāng)前油頁巖上行開采采用的回采工藝及設(shè)備(1)工作面基本參數(shù):工作面一般設(shè)計(jì)為面長100-170米，采高為3.84.0米，設(shè)計(jì)可采儲量為30-200萬噸。(2) 開采方法及頂板管理: 采用偽傾斜長壁后退式綜合機(jī)械化采煤法。采用雙滾筒采煤機(jī)割煤，循環(huán)進(jìn)度為0.6m，全部垮落法管理頂板。 (3)綜采設(shè)備配套：工作面采用mgty250/600-1.1d大功率雙滾筒采煤機(jī)截割頁巖，配合sgz-764/630溜子進(jìn)行運(yùn)輸，采用zf5200

8、/17/32和zfg6400/17/32型液壓支架維護(hù)頂板，與采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)配套回采。（4）回采工藝：溜尾斜切進(jìn)刀，自溜尾向溜頭截割，前滾筒沿油頁巖一分層油2上2頂板切割，后滾筒沿鏟板以上40cm切割。至溜頭向溜尾返機(jī)時后滾筒沿底板切割，跟機(jī)推移溜槽。二、龍口礦區(qū)油頁巖上行綜合機(jī)械開采技術(shù)實(shí)踐（以北皂礦1304工作面為例）1 油頁巖上行綜合機(jī)械開采技術(shù)適用性分析1.1 工作面基本情況1304工作面為不規(guī)則工作面，走向長度830m。受f3-2b斷層影響，工作面設(shè)計(jì)面長前期83.7m推進(jìn)度368m，后期146.4m推進(jìn)度447m。地質(zhì)儲量73.4萬噸。1.2 工作面巖層賦存條件工作面煤1油頁巖

9、層總厚度7.6m，開采層位為煤1頂板向下4.0m。工作面原始地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層傾角37度，平均5度。工作面下方的煤2、煤4層已回采完畢，工作面水文地質(zhì)構(gòu)造簡單，僅存有少量的煤1油2裂隙水。受下方已回采塌陷造成的不均勻沉降影響，煤巖層裂隙發(fā)育，油頁巖成塊大且成塊率較高，漏風(fēng)通道較為發(fā)育。1.3 工作面頂?shù)装迩闆r工作面頂?shù)装鍘r為含油泥巖，層位于煤2層采場冒落帶之上的裂隙帶范圍，平均抗壓強(qiáng)度7mpa。經(jīng)過壓實(shí)，其抗壓強(qiáng)度和完整性有一定的下降。1.4 支架選型的確定根據(jù)1301面回采期間礦壓觀測資料，結(jié)合1304工作面頂?shù)装迩闆r，經(jīng)過比較，我們選用了zy4800/23/42型掩護(hù)式液壓支架，頂梁結(jié)構(gòu)采

10、用鉸接型式，頂梁前為前梁帶800mm外伸縮梁結(jié)構(gòu)，護(hù)幫板采用二級護(hù)幫，護(hù)幫高度1500mm。1.5 采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)選型的確定根據(jù)油頁巖面回采實(shí)踐，由于油2致密堅(jiān)硬出現(xiàn)采煤機(jī)振動厲害、截齒磨損嚴(yán)重等情況，因此，必須采用大功率采煤機(jī)，截深600mm為宜。經(jīng)過比較，我們選用了mgty400/930-1.1d型雙滾筒采煤機(jī)，滾筒直徑為2.0m，與采煤機(jī)配套的工作面采用sgz-764/630型刮板運(yùn)輸機(jī)一部。2、工作面回采層位確定工作面設(shè)計(jì)回采層位為油1（厚度平均0.40m）、煤1（厚度平均0.42m）及油2（平均厚度4.04m），沿油1頂板進(jìn)行回采，采高4.00.lm，全部垮落法管理頂板。同時受機(jī)組滾

11、筒搖臂調(diào)高設(shè)計(jì)控制，當(dāng)機(jī)組油缸千斤頂升到底時，機(jī)組滾筒割煤高度才達(dá)到4.0m，此時，極易損壞調(diào)高油缸影響生產(chǎn)。因此回采過程中，機(jī)組滾筒割煤高度一般控制在3.7m-3.8m，由于油1較破碎，機(jī)割過程中會隨機(jī)垮落，機(jī)組滾筒頂?shù)陡蠲簩游灰话阊赜?底板或煤1頂板下0.2m-0.4m位置回采，利用支架插板作用回采上方油1。另外，采取轉(zhuǎn)載機(jī)座箱前人工臥底的方式進(jìn)行溜頭的臥底，溜頭高度控制在3.5-3.6m，溜尾利用機(jī)組臥底0.8-1.2m與材料巷底板形成高差，控制溜尾支架達(dá)到3.63.8m。3、工作面大塊產(chǎn)生及處理由于反采的原因造成不均勻沉降，巖層節(jié)理及構(gòu)造影響,尤其是遇斷層時大塊生成較多。破巖工具以工作

12、面兩端頭安設(shè)風(fēng)鎬配合手鎬、大錘破碎大塊為主，轉(zhuǎn)載機(jī)及倉口采取了安裝破碎機(jī)破巖等措施。4、回采工藝溜尾斜切進(jìn)刀，自溜尾向溜頭截割，前滾筒沿油頁巖一分層油2上2頂板切割，后滾筒沿鏟板以上40cm切割。至溜頭向溜尾返機(jī)時后滾筒沿底板切割，跟機(jī)推移溜槽。采用該回采工藝，一，使機(jī)組破煤后截割下來的油頁巖始終在機(jī)組的前方，保證大塊在溜子上的運(yùn)輸暢通，避免了大塊過采煤機(jī)機(jī)身時對溜子的沖擊和破壞。二，由溜頭向溜尾割底返機(jī)，可以使溜子推移到位。5、油頁巖上行綜合機(jī)械化開采礦壓觀測分析5.1工作面初次來壓周期來壓特點(diǎn)通過對1304工作面礦壓觀測數(shù)據(jù)的分析，1304面初次來壓步距為12.5m，初次來壓顯現(xiàn)不明顯，來

13、壓后支架工作阻力有所上升，平均增阻系數(shù)為1.64。 1304工作面周期來壓步距為39.6m，平均為6.13m。 工作面頂板來壓不是在采場全場范圍內(nèi)同時發(fā)生的，即頂板斷裂不是沿采場全場發(fā)展，不能形成一個統(tǒng)一的暫時的平衡結(jié)構(gòu)。由于采場頂板巖性較軟，在沿采場推進(jìn)方向上，形成幾個局部的暫時平衡結(jié)構(gòu)，頂板分塊破斷，因而形成了明顯的分段來壓現(xiàn)象。5.2 油頁巖上行開采軟巖頂板采場礦壓規(guī)律與常規(guī)開采方式相比，上行開采軟巖頂板采場礦壓規(guī)律的特殊性有：由于下部煤層開采對油頁巖頂?shù)装宓挠绊?，直接頂易于垮落，從而有利于減緩頂板對工作面造成太大的壓力，避免頂板大面積垮落的威脅，直接頂初次垮落步距較小。初次來壓期間，支

14、架工作阻力變化不大，活柱下縮量較小，礦壓顯現(xiàn)不明顯；在周期來壓方面，表現(xiàn)弱周期性。工作面初次來壓之后，工作面頂板來壓不是在采場全場范圍內(nèi)同時發(fā)生的。由于采場頂板巖性較軟，在沿采場推進(jìn)方向上，頂板分塊破斷，因而形成了明顯的分段來壓現(xiàn)象。5.3上行開采工作面頂板、煤壁穩(wěn)定性與下部煤層開采的關(guān)系煤1與煤2間距21.0m，煤1油2及其頂?shù)装鍘r層位于煤2層采場冒落帶之上的裂隙帶范圍。煤1油2反采生產(chǎn)過程中，由于采場圍巖裂隙發(fā)育，工作面直接頂頂板油1層隨機(jī)割煤而冒落，移架過程中架間漏矸較多，煤壁在機(jī)組割煤期間影響，穩(wěn)定性較差，極易片幫產(chǎn)生超大巖塊，尤其在zy4800/23/42型大采高工作面，超大巖塊影響

15、生產(chǎn)的問題尤為突出，雖采用主要割頂?shù)?，回刀割底刀的回采工藝，但?dāng)工作面處于下部煤層開采邊界范圍期間，產(chǎn)生的超大巖塊較多，大塊每循環(huán)因處理大塊影響割煤時間為1030分鐘，甚至更長時間。三、經(jīng)濟(jì)效益分析油頁巖上行綜合機(jī)械化開采技術(shù)的成功應(yīng)用與實(shí)踐，形成了從安裝、回采、延面到撤除的一整套完整的回采工藝，取得了較好得經(jīng)濟(jì)效益。油頁巖上行綜合機(jī)械化開采技術(shù)的成功應(yīng)用，增加了礦井后續(xù)資源儲量，延長了礦井服務(wù)年限，維護(hù)了礦井產(chǎn)量，提高了礦井經(jīng)濟(jì)效益。油頁巖開采對龍礦礦區(qū)的發(fā)展具有長遠(yuǎn)的重要意義。龍口礦區(qū)通過油頁巖上行綜合機(jī)械開采技術(shù)在工作面回采中的應(yīng)用與實(shí)踐，克服工作面上行開采的不利因素，在“三軟”地層中油

16、頁巖上行綜合機(jī)械開采成功應(yīng)用，完善油頁巖的上行綜合機(jī)械化開采技術(shù)，為今后油頁巖的開采指明了方向，具有推廣價值。龍口礦區(qū)油頁巖上行開采開創(chuàng)了中國機(jī)械化開采油頁巖的先河，對其它礦井井工開采油頁巖有著重要借鑒意義和推廣意義。四、問題與結(jié)論1 、zy4800/23/42型支架及配套設(shè)備在1304工作面的成功應(yīng)用，表明采用大采高支架回采油頁巖上行開采，具有較大的優(yōu)勢，在采場壓力顯現(xiàn)不明顯的情況下，提高工作面采高是增加油頁巖資源回收和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。2、 兩巷施工采用矩形斷面錨噴支護(hù)，回采巷道沿煤1頂板施工對回采較為有利。 3、采用zy4800/23/42支架存在的主要問題是支架的穩(wěn)定性較差，前梁處架間間距大，易漏矸，工作面狀態(tài)的調(diào)整主要針對支架狀態(tài)的調(diào)整。4、 在油頁巖面回采過程中，由于油2致密堅(jiān)硬出現(xiàn)采煤機(jī)振動厲害、截齒磨損嚴(yán)重等情況，采煤機(jī)部件損耗嚴(yán)重，更換頻繁，工作面運(yùn)輸機(jī)損耗嚴(yán)重，對生產(chǎn)影響較大；對大儲量（80萬噸以上）工作面回采應(yīng)考慮整機(jī)更換。5 、采高超過3.5m,工作面大塊明顯增多,采用人工鎬刨、風(fēng)鎬破碎方法，工作效率低，對生產(chǎn)影響較大。應(yīng)采取綜合措施，減少