特殊條件下的兩種工藝方式(采礦專業(yè)補充)

特殊條件下的兩種工藝方式

一、含硫化鐵結核薄煤層短壁綜采技術研討

二、“三軟〞分叉合并煤層綜采延續(xù)推進技術一、含硫化鐵結核薄煤層短壁綜采技術研討〔一〕立項背景〔二〕總體思緒〔三〕主要技術內容和創(chuàng)新點〔四〕經濟效益及社會效益山東省薄煤層儲量5.84億t，占煤炭總儲量的44%，其中含硬夾矸薄煤層儲量占薄煤層總儲量的52.8%，硬夾矸是影響薄煤層綜采的重要要素。薄煤層儲量占全國總儲量的20%產量缺乏總產量的10%機械化程度低、作業(yè)環(huán)境差、工人勞動強度大等問題，嚴重制約著薄煤層的平安高效開采〔一〕立項背景含硬夾矸薄煤層現(xiàn)有的主要開采技術：爆破硬夾矸+采煤機裝煤+液壓支架支護—機炮結合開采；爆破落煤+機械輔助和人工裝煤+單體支柱支護—炮采。炮采機炮結合開采含硫化鐵結核硬夾矸薄煤層開采存在問題：工人勞動強度大、作業(yè)環(huán)境差、單產低、平安事故多…研討硬夾矸預裂和機械破矸、裝運煤技術是實現(xiàn)此類煤層綜采的關鍵淄博礦業(yè)集團葛亭煤礦1160采區(qū)薄煤層回采時存在如下難點：①主采煤層16煤平均厚度為1.2~1.4m，底板軟、頂板鞏固；②采區(qū)上方有村莊、廠房等，開采時需維護地面建筑物；③煤層含硫化鐵結核硬夾矸，給采煤機割煤和裝煤帶來困難；④底板奧灰水對16煤開采影響較大。〔二〕總體思緒建筑物下、承壓水上開采震波CT技術探測硬夾矸厚度和分布規(guī)律、順槽超前深孔預裂爆破技術加強型鎬型截齒、強力滾筒，順應硬夾矸、軟底、低矮化的三機配套和改造地面有村莊等建筑物、底板奧灰承壓水含硫化鐵結核硬夾矸，且分布不規(guī)那么薄煤層綜采—硬夾矸破落裝運困難采用震波CT探測技術探明薄煤層中含硫化鐵結核硬夾矸賦存分布規(guī)律，為順槽超前深孔預裂爆破提供根底資料，指點爆破工程的實施。1、薄煤層含硫化鐵結核硬夾矸分布規(guī)律研討〔三〕主要技術內容及創(chuàng)新點震波CT成像原理圖16煤硬夾矸分布規(guī)律探測圖硬夾矸在距頂板0.34m處，厚0~0.4m之間，其中厚0.2~0.4m的占29%，小于0.2m的占71%，呈層狀不均勻分布規(guī)律，硫化鐵結核多分布在夾矸中。在夾矸厚度大于0.2m區(qū)域需實施順槽超前預裂爆破；夾矸厚度小于0.2m區(qū)域可利用強力滾筒和加強型截齒采煤機進展有效割煤。2、建筑物下、承壓水上薄煤層綜采關鍵參數(shù)確定1〕村莊下壓煤開采合理采留比確定葛亭煤礦1160采區(qū)村莊下壓煤828萬t，占采區(qū)總儲量的86％。在基巖厚度30m以下區(qū)域，條帶采寬30m、留寬30m；基巖厚度30m以上區(qū)域，采寬40m、留寬40m?；鶐r厚度與地表挪動關系的分析和實測單向應力法條帶煤柱穩(wěn)定性分析三向應力法條帶煤柱穩(wěn)定性分析采動對底板破壞及底板承壓水共同作用導致底板突水?；凇跋氯龓嶋H〞底板平安巖柱計算，得1160采區(qū)條帶采寬應小于40m基于“組合梁〞的采場底板破壞分析，得1160采區(qū)條帶采寬應小于40.5m。2〕承壓水上平安開采關鍵技術研討底板巖層破壞分析圖q-承壓水壓力；1、2、n-底板與承壓水之間完好巖層保管煤柱寬40m，進展采出帶寬30m、40m、50m、60m的多方案的豎直應力及位移變化模擬分析。3〕薄煤層短壁綜采面巖層挪動數(shù)值模擬〔a〕采寬30m〔b〕采寬40m〔c〕采寬60m在150m測線最大下沉量分別0.06m、0.08m、0.15m及0.25m，采出條帶寬30m、40m時，對地表影響較小，滿足維護建筑物要求；50m、60m，上覆巖層下沉量迅速增大。改良了MG200/456-QWD型電牽引采煤機，裝配凱南麥特強力滾筒及加強型截齒，保證了采煤機較強的截割才干。改良了ZY2800/09/20液壓支架，采用整體頂梁構造；前端下側設有可裝配的翻轉擋板安裝；支架底座為前端開底式，后端設有內藏式底調千斤頂。改良了SGZ730/2×132型刮板保送機，減少了過渡槽，降低了機頭、機尾、中部槽的高度。3、綜采設備選型配套與改良硫化鐵結核硬夾矸嚴重制約了薄煤層綜采面快速推進。傳統(tǒng)的采場爆破技術存在：任務面鉆眼作業(yè)空間小，操作不便、勞動強度大、效率低；爆破與采煤機割煤順序作業(yè)，影響單產；崩落的矸石和煤體易崩壞設備；平安隱患多。4、順槽深孔預裂爆破硬夾矸技術研討基于應力波實際、多物理場耦合模擬計算，研討了硬夾矸順槽深孔預裂爆破機理，為確定合理的炮孔間距、裝藥量等參數(shù)提供了根據(jù)。機理1〕炮眼間距經過裂隙區(qū)半徑計算及應力波模擬計算，確定炮眼間距在5.5m左右，現(xiàn)場實踐炮眼間距為6m。ANSYS模擬計算2〕炮眼裝藥量計算選用二級煤礦乳化炸藥，每孔裝藥8.4kg左右。每孔裝藥量Q計算：孔深/m裝藥長度/m封孔長度/m孔徑/mm藥卷長/mm藥卷直徑/mm藥卷質量/g181357523027150爆破設計參數(shù)表順槽深孔預裂爆破工藝采用ZDY1200S(MK-4)型全液壓鉆機，鉆機具有搬遷方便、自動化程度高、任務效率高、工人勞動強度小、平安性能好等優(yōu)點。在鉆孔后采用抗靜電阻燃PVC管快速裝藥，雷管為煤礦許用毫秒延期電雷管，采用反向爆破，裝好藥后，用炮泥封孔，封泥長度為5m。炮眼裝藥構造圖順槽預裂爆破炮眼布置圖工程實施效果夾矸處理采煤機割煤速度m/min工作面推進度m/d截齒消耗個/kt采煤機切割2.38.812.6采場爆破4.010.01.7順槽超前預裂爆破3.616.62.0主要創(chuàng)新點初次采用震波CT技術探測了硫化鐵結核硬夾矸賦存規(guī)律，在含硫化鐵硬夾矸薄煤層實施順槽超前深孔預裂爆破硬夾矸技術，防止任務面內放炮，實現(xiàn)了綜合機械化平安高效開采，降低了礦工勞動強度、截齒耗費大幅度減少。在建筑物下、承壓水上、含硫化鐵結核等復雜條件薄煤層中，優(yōu)化了任務面采留寬度，實現(xiàn)了短壁綜采面的平安消費。初次采用凱南麥特加強型鎬型截齒、強力滾筒采煤機，針對性地對齒座、葉片、截齒進展了改良，較好地處理了含硫化鐵結核硬夾矸薄煤層破煤和裝煤的難題。主要創(chuàng)新點中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院屠世浩二、“三軟〞分叉合并煤層綜采延續(xù)推進技術〔一〕立項背景許疃煤礦主采的7#煤層賦存呈分叉合并形狀，其中71煤層平均1.7m，72煤層平均3.8m，7#煤層合并區(qū)厚度在5～6m，層間夾矸總趨勢為兩頭合并、中間分叉，層間距在0～12m之間，平均7m。且淮北礦區(qū)“三軟〞分叉合并煤層儲量較大。采用常規(guī)分段分采方法開采，巷道布置復雜，任務面單產低，任務面搬家次數(shù)多，噸煤本錢高?；幢钡V區(qū)厚煤層開采不斷以放頂煤開采為主，存在頂煤放出率低，混矸量大等問題。1〕“三軟〞分叉合并煤層綜采延續(xù)推進方法2〕“三軟〞分叉合并煤層延續(xù)推進綜采面設備選型配套3〕71、72煤層分叉區(qū)上、下煤層任務面開采時空關系4〕“三軟〞分叉合并煤層延續(xù)推進綜采面圍巖控制技術5〕高應力區(qū)破碎頂板變高開采技術6〕“三軟〞分叉合并煤層延續(xù)推進綜采面礦壓規(guī)律實測二、主要研討內容〔二〕“三軟〞分叉合并煤層延續(xù)推進方法分叉合并煤層常規(guī)開采方法分段分采，如圖3-1所示，將分叉合并煤層按照分叉區(qū)與合并區(qū)分成3段，分別布置任務面回采。圖3-1分叉合并煤層分段分采表示圖分叉合并煤層綜采延續(xù)推進工藝流程為：先采分叉區(qū)上分層，再采合并區(qū)全厚與分叉區(qū)下分層的開采方法。圖3-2分叉合并煤層綜采延續(xù)推進工藝剖面圖圖3-3分叉合并煤層綜采延續(xù)推進工藝平面圖〔1〕分叉合并煤層條件下的綜采設備選型與配套〔2〕“三軟〞合層大采高綜采采場圍巖控制〔3〕分叉合并過渡區(qū)破碎圍巖條件下變高開采延續(xù)推進“三軟〞分叉合并煤層綜采延續(xù)推進的技術難題支架的要求順應采高變化：采高由合層6.0m到分叉區(qū)下層的3.8m；支架穩(wěn)定性好：頂板完好性差，存在應力集中區(qū)；防片幫才干強：煤質松軟，節(jié)理、裂隙發(fā)育；具備防鉆底功能：底板軟，支架重。ZY11000/28/63型支架特點順應采高：2.8m～6.3m；支護阻力大：任務阻力11207kN、初撐力8065KN；護幫才干強：頂梁前端設置內伸式伸縮梁帶兩級折疊式護幫機構、最大護幫高度2.3m、護幫板采用四連桿構造方式、挑起力大；整體式頂梁構造：配置雙向活動側護板，延伸至頂梁前部，防漏矸效果好。71煤層開采合理邊境確定71煤層開采底板最大破壞深度計算71煤層開采底板最大破壞深度為7.6m。71煤層開采開切眼位置初定極近間隔下層頂板分類許疃煤礦72煤層開采頂板分類hj>7.6m，塊裂頂板；1.5<hj≤7.6m，Ⅰ類破裂頂板；0.5≤hj<1.5m，Ⅱ類破裂頂板；hj<0.5m，71、72煤合層。分類指標夾石假頂碎裂頂板塊裂頂板Ⅱ類破裂頂板Ⅰ類破裂頂板層間距(hj)≤0.5m0.5m<hj≤1.5m1.5m<hj≤7.6m

Hj>7.6m屈服比(Ψ)≥1<1<1經過71煤層開采不同開切眼位置上、下采場裂隙場模擬可知：許疃煤礦71煤層任務面合理的開切眼、收作眼位置應位于71、72煤層間距大于1.5m的位置。分叉區(qū)下煤層任務面開采應在上煤層任務面開采巖層挪動穩(wěn)定后進展。間隔時間根據(jù)閱歷確定在上煤層開采終了半年以上，可進展分叉區(qū)下煤層任務面的開采?！?〕合層大采高開采時，直接頂初次垮落步距為25m，老頂初次來壓步距為45m，周期來壓步距為15m。〔2〕任務面間隔分叉區(qū)上分層任務面開切眼越近，支承壓力峰值有添加的趨勢，當任務面間隔其15m時，支承壓力峰值明顯增大，由間隔到達30m時的24MPa添加到32MPa。應力集中系數(shù)由2.1添加到2.8。因此，在推進距分叉合并分界限15m以上時應采取加強支護的措施確?；夭善桨?。合并區(qū)大采高綜采圍巖控制技術煤壁片幫防治技術措施：〔1〕加固煤壁。當任務面遇到斷層等煤體破碎區(qū)時，可采用注馬麗散加固的方法加固煤壁以添加煤體強度，減少煤壁片幫的發(fā)生；〔2〕加快任務面推進速度；〔3〕充分發(fā)揚支架護幫安裝作用；〔4〕帶壓移架并提高初撐力。01234567890-1616-3232-4848-6464-8080-9696-112112-128128-144144-166未注馬麗散注馬麗散后片幫體積〔m3〕任務面長度〔m〕分叉區(qū)下煤層開采頂板控制技術措施：〔1〕上分層開采時采空區(qū)注漿加固；〔2〕下分層開采頂板超前注漿〔或馬麗散〕加固；〔3〕及時支護、帶壓移架；〔4〕架走向梁護頂；〔5〕添加人員，快速處置冒頂，加快推進速度。分叉合并過渡區(qū)頂板破碎機理分析圖7-1降高開采過分叉合并過渡區(qū)覆巖裂隙發(fā)育圖7-2降高開采過分叉合并過渡區(qū)覆巖破壞情況圖7-3過渡區(qū)垂直應力分布圖7-4過渡區(qū)塑性區(qū)發(fā)育情況分叉合并過渡區(qū)頂板破碎機理分析〔1〕綜采面降高開采經過分叉合并過渡區(qū)與升高開采經過分叉合并過渡區(qū)相比，降高開采覆巖破壞范圍和采動應力集中程度均比較大?！?〕降高開采在分叉區(qū)上煤層任務面滯后支承壓力和大采高綜采采動支承壓力耦協(xié)作用下，應力集中系數(shù)達4，綜采面前方及上方覆巖裂隙發(fā)育，破壞嚴重。〔3〕升高開采經過分叉合并過渡區(qū)時，綜采面后部裂隙發(fā)育，但上方及前方覆巖裂隙發(fā)育程度相對較低。〔4〕分叉合并過渡區(qū)降高開采宜采用一次降架高度0.15m多次循環(huán)降高開采的方法，同理，升高開采也采用一次升架高度0.15m的多次循環(huán)升高開采方法。分叉合并過渡區(qū)“變高開采〞位置選擇變高開采位置：位置①：以分叉合并線〔ｂ位置〕為終點；位置②：以分叉合并線為起點；位置③：以分叉區(qū)上煤層開切眼為起點。從煤炭損失、采煤機截割難度以及上下采場導通能夠性綜合分析，以為從位置②以分叉合并線為變高開采起點較好。分叉合并過渡區(qū)“變高開采〞工藝研討降高開采：從合并區(qū)煤層過渡到分叉區(qū)下煤層開采，采高由5.6m降至3.7m；升高開采：從分叉區(qū)下煤層過渡到合并區(qū)煤層開采，采高由3.7m升至5.6m；分叉合并過渡區(qū)變高開采頂板控制技術〔1〕支架上部“