薄煤層綜放工作面回采巷道安全與安全問題研究

薄煤層綜放工作面回采巷道安全與安全問題研究

0開采工藝對工作面的影響經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國的煤炭工業(yè)基本上實(shí)現(xiàn)了厚中厚煤層的機(jī)械化，并開始朝著自動化發(fā)展。而對薄煤層與極薄煤層的開采仍不盡人意,有相當(dāng)一部分礦區(qū)仍停留在傳統(tǒng)的炮采和機(jī)械化程度低的開采工藝上,工作面不僅產(chǎn)量低、效益差、工人勞動強(qiáng)度大,而且安全隱患多不利于安全生產(chǎn)。加之全國近半數(shù)以上產(chǎn)煤區(qū)屬于資源匱乏區(qū),隨著近年來煤礦開采年限與開采強(qiáng)度的增大,厚煤層與中厚煤層已所剩無己,所以合理開發(fā)與利用薄煤層將具有重要的意義。1我國薄煤層開采的現(xiàn)狀我國薄煤層資源分布廣泛,且煤質(zhì)較好,從煤炭資源賦存情況看,薄煤層儲量占全國煤炭總儲量的20%以上,在一些特殊省份的薄煤層比重更大,如四川省占60%,山東省占54%,黑龍江省占51%,貴州省占37%,但由于我國薄煤層開采難度高、投入產(chǎn)出比低等原因,開采1.3m以下薄煤層一直是我國煤炭開采行業(yè)的主要難題之一。1997年我國薄煤層煤炭產(chǎn)量僅占煤炭總產(chǎn)量的6.73%。且我國多數(shù)礦區(qū)都為薄厚煤層共存煤田,礦井為了追求高產(chǎn)和高利潤的目標(biāo),對薄煤層進(jìn)行擱置,使薄煤層大量積壓未采,甚至有些礦井實(shí)施采厚丟薄的開采方式,造成了薄煤層賦存煤炭采出率低的現(xiàn)象,不僅嚴(yán)重浪費(fèi)了煤炭資源,而且使礦井存在安全生產(chǎn)隱患。2主要問題是薄煤層開采2.1事故處理難,提效低我國薄煤層厚度多在1.3m以下,尤其華南地區(qū)龍?zhí)督M、東北地區(qū)侏羅紀(jì)煤層多不足1.0m,工作面空間狹小,致使在工作面內(nèi)作業(yè)的人員與機(jī)械設(shè)備移動十分困難,事故的處理效率很低。并且煤層硬度普遍大于3~4,這些原因?qū)е铝嗣簩訉C(jī)組的要求條件高,不但機(jī)組的外型尺寸要小,而且要求機(jī)組的功率大、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、對頂?shù)装宓倪m應(yīng)性要強(qiáng)、并且機(jī)械故障率要低。但是由于我國薄煤層機(jī)械化設(shè)備尚不完善,滿足不了這些要求,故影響了薄煤層機(jī)械化開采,導(dǎo)致工作面的機(jī)械化程度低,工人勞動強(qiáng)度大,危險(xiǎn)系數(shù)高,單產(chǎn)噸煤消耗量大,且回采成本較高。2.2煤-石分層開挖,缺乏開采效率,影響礦井安全管理隨著回采工作面的的推進(jìn),由于工作面回采巷道為半煤巖巷,綜掘設(shè)備難以投入使用,放炮一次又不可能進(jìn)行全斷面爆破,煤與矸石分裝,掘進(jìn)速度很慢,造成采掘接替緊張,同時(shí)由于薄煤層工作面長度較短,回采巷道較多,導(dǎo)致了煤炭回收的巷道消耗率高,不利于礦井的安全管理,也增加了煤炭的產(chǎn)出成本。2.3斷層對巷道布置的影響薄煤層地質(zhì)條件及賦存狀況較復(fù)雜,由于受地質(zhì)構(gòu)造作用的影響,工作面常出現(xiàn)斷層、褶曲、煤層變薄與尖滅的現(xiàn)象。在斷層落差大于煤層厚度的情況下,工作面難以正常推過,運(yùn)輸機(jī)的正常運(yùn)行將會受到影響。斷層與褶曲的出現(xiàn)對巷道布置影響很大,會出現(xiàn)掘進(jìn)送面提前切眼,或回采工作面重新送切眼的現(xiàn)象,而且必須在斷層處留有保護(hù)煤柱。這樣必然導(dǎo)致煤層回采率降低,工作面掘進(jìn)巷道長度加大,導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。在煤層變薄帶,如果煤厚不低于采煤機(jī)械設(shè)備的高度,則對工作面的回采影響不大;若變薄帶煤層低于采煤機(jī)械高度不大時(shí),可以調(diào)整機(jī)械設(shè)備高度以適應(yīng)煤層厚度,變薄帶煤層嚴(yán)重低于采煤機(jī)械設(shè)備高度,已不能通過調(diào)整設(shè)備高度解決問題時(shí),則必須更換采煤機(jī)械,或調(diào)整采煤工藝。3放牧機(jī)在薄煤層開采中的應(yīng)用3.1煤的生產(chǎn)及用戶數(shù)量u3000國外薄煤層開采以德國、美國為代表的先進(jìn)采煤國家大多采用刨煤機(jī),并發(fā)展薄煤層自動化工作面成套設(shè)備技術(shù),部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人工作面。德國的刨煤機(jī)1984年平均功率為314kW,至2007年刨煤機(jī)功率最大已達(dá)到2×400kW,隨著裝機(jī)功率的提高,刨煤機(jī)的生產(chǎn)能力,刨削能力都有很大的提高,最大刨速已達(dá)到2.4ms;法國刨煤機(jī)的產(chǎn)量僅次于德國,據(jù)統(tǒng)計(jì),1982年法國通過刨煤機(jī)采煤比例占總產(chǎn)量的27%,日平均產(chǎn)量達(dá)300t;資料顯示目前歐洲的主要產(chǎn)煤國家使用的刨煤機(jī)開采的煤炭已占總產(chǎn)量的30%以上。我國自上世紀(jì)60年代制造和試驗(yàn)用于開采薄煤層的刨煤機(jī)以來,刨煤機(jī)采煤技術(shù)試驗(yàn)取得了成功,1964~1965年徐州礦務(wù)局韓橋煤礦自行研制了一臺刨煤機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),近年來我國刨煤機(jī)采煤技術(shù)的發(fā)展在廣大科研單位的科研人員、大學(xué)教授、機(jī)械專家與工程技術(shù)人員的共同努力下取得了很大的進(jìn)步,研制出了適用于不同工作面條件的刨煤機(jī),表1為我國主要刨煤機(jī)類型及技術(shù)參數(shù)。因?yàn)榕倜簷C(jī)在薄煤層中具有其他落煤機(jī)械不能比擬的優(yōu)越性,它的使用范圍正在不斷的擴(kuò)大。目前,在我國有薄煤層賦存的部分礦井中,刨煤機(jī)采煤技術(shù)已經(jīng)取得了良好的效果,已基本實(shí)現(xiàn)了薄煤層開采的機(jī)械化局面。3.2挖掘機(jī)開挖法、煤礦法3.2.1由主要部分采煤機(jī)組成的原理刨煤機(jī)也稱為刨煤機(jī)組,雖然目前市場上存在刨煤機(jī)的種類很多,但刨煤機(jī)始終可以說是由刨煤、運(yùn)煤、推進(jìn)與電氣控制四部分組成。其中刨煤部分是刨煤機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu),具有區(qū)別于其他采煤機(jī)的重要技術(shù)特征,所以可以把刨煤部分通稱為刨煤機(jī)。它由裝有刨刀的刨頭、牽引刨鏈、導(dǎo)護(hù)鏈裝置和動力裝置等部件組成,其中刨刀是刨煤機(jī)的主要執(zhí)行部件,完成切煤與割煤任務(wù)。運(yùn)煤部分由刮板輸送機(jī)、擋煤板、導(dǎo)護(hù)鏈裝置、推移梁、防滑梁等部件組成,起著將煤運(yùn)出工作面的作用。推進(jìn)部分由千斤頂和供油系統(tǒng)組成,作用是推移輸送機(jī)并使刨頭獲得新的截深。電氣控制部分主要是對刨煤機(jī)組的運(yùn)行與停止起控制作用,同時(shí)對刨煤機(jī)與輸送機(jī)運(yùn)作狀態(tài)起監(jiān)控作用。圖1為刨煤機(jī)刨煤、運(yùn)煤部分的剖面圖。3.2.2被植入放空工作面刨煤機(jī)刨削煤壁時(shí),是由裝有刨刀的刨頭,在無極圓環(huán)鏈即刨鏈牽引下,沿著安裝在采煤工作面可彎曲刮板輸送機(jī)的中部槽上的導(dǎo)軌運(yùn)行,刨刀刨削煤壁將煤刨落,刨落的煤在刨頭犁形斜面的作用下被裝入輸送機(jī)送出采煤工作面。刨煤機(jī)開采過程中,刨頭在刨鏈的牽引下沿著導(dǎo)護(hù)鏈裝置往返進(jìn)行刨煤,在連續(xù)刨煤、落煤、裝煤和運(yùn)煤這個(gè)過程中,刨頭從工作面上部分切口開始,刨頭截深在50mm~200mm的狀態(tài)下,在刨鏈牽引下往下刨煤,輸送機(jī)在刨頭后端,沿著刨頭切煤方向推移,當(dāng)刨頭運(yùn)行之切口后,反向運(yùn)行,自下而上刨煤,以此反復(fù)進(jìn)行運(yùn)作。在這里刨頭的截深又推進(jìn)部分控制,但受煤層硬度與刨刀強(qiáng)度影響。當(dāng)刨煤機(jī)推進(jìn)一個(gè)有效的千斤頂行程時(shí),收缸使千斤頂?shù)闹窝b置向前移動,重新獲得支撐后,推移千斤頂獲得推移輸送機(jī)的支撐力,使刨頭繼續(xù)刨煤。3.3使用高效的工作面在薄煤層采煤工作面中,刨煤機(jī)的應(yīng)用基本實(shí)現(xiàn)了刨煤、裝煤、運(yùn)煤與推進(jìn)的綜合機(jī)械化,具有機(jī)電一體化、技術(shù)密集、關(guān)聯(lián)性復(fù)雜、工藝先進(jìn)、自動化程度高等技術(shù)特點(diǎn),刨煤機(jī)的使用大大提高了工作面的生產(chǎn)效率,減輕了工人的勞動強(qiáng)度。此外刨煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,操作與監(jiān)控系統(tǒng)均在工作面上下巷內(nèi),便于操作與控制,大大提高作業(yè)的安全性。其次刨煤機(jī)可以開采薄與極薄煤層,對長工作面也有較強(qiáng)的適應(yīng)性,同時(shí)刨煤機(jī)的工人操作也不需要隨刨頭移動,即刨煤機(jī)可連續(xù)循環(huán)作業(yè),這樣不但可以提高煤炭資源的回收率,減少巷道的掘進(jìn)量,便于工作面的生產(chǎn)管理,又可以提高工人工作的安全性。4由煤機(jī)采煤技術(shù)的應(yīng)用結(jié)果分析我國自采用刨煤機(jī)薄煤層采煤技術(shù)以來,至今已有盡