中国平煤神马集团在过去开采薄煤层均采用单体柱悬臂梁支护形式, 劳动生产效率低, 工艺落后。
天力公司先锋矿所开采的煤层均属薄煤层, 支护方式也是单体柱悬臂梁支护形式, 为了企业的发展, 如何采用先进的采煤工艺, 以达到高产高效的目的就成了先锋矿开采薄煤层遇到的首要问题。为此天力公司针对这一问题进行了研究并找到了解决这一问题的方法, 本方法对其它薄煤层的开采具有积极的推广作用。
1 悬移支架的选择
选用悬移支架代替单体柱悬臂梁支护方式是一个很好的选择。但是现实中一些针对薄煤层开采的悬移支架在井下很不适用。为此对ZH1600-09/17ZL型悬移支架在原设计中一些不适合井下现场实际使用的设置进行了如下改进。
1) 支架原设计为三棵双伸缩立柱, 支架整体稳定性差, 经改为四棵单伸缩立柱后增强了支架稳定性, 降低了立柱体积和重量。
2) 原设计中架间连锁采用细钢丝绳连接, 由于井下环境潮湿钢丝绳遇水生锈强度降低, 受力极易断裂, 经改为连环链接后支架连接紧固增加了稳定性。
3) 支架原设计有壁帮板, 其宽度为450mm, 由于煤层厚度在1.0~1.5m, 不利于煤壁打眼工作, 先将支架壁帮板去掉以增加煤壁裸露面积。
4) 立柱油嘴位置原设计在立柱缸体上, 位置太低, 工作面浮煤易将其堵塞损坏。经改进设计将油嘴位置改在立柱活塞杆上端。这样避免了油嘴堵塞损坏现象。
5) 原立柱柱鞋为200mm×200mm, 现将柱鞋增大为300mm×300mm, 以增加受力面积防止支架钻底。
经过以上改进后的ZH1600-09/17ZL型悬移支架更加适合井下实际应用。
2 在井下己15-11130工作面实际应用
己15-11130工作面走向长度250m, 倾斜长度110m, 煤层厚度1.0~1.5m, 倾角10~12°, 可采储量5.7万吨。
工作面顶板无伪顶, 直接顶为灰色中粒砂质泥岩, 直接顶初次垮落步距8~10m。底板岩性为深灰色泥岩、砂质泥岩。基本底为灰色砂质泥岩与细砂岩互层。详见煤层顶底板综合柱状图。
3 工作面设备配备及设备参数
1) ZH1600-09/17ZL型悬移支架主要技术参数。
支架高度:900~1700mm;支架长度:2600mm;支架宽度:960mm;支架中心距:1000m;柱腿数量:4根;移架步距:800mm;工作阻力:1600k N;初撑力:1200k N;重量:2.2t。
2) BRW-200/31.5型乳化液泵主要参数。
流量:200L/min;压力:31.5MPa;功率:125k W;重量:2.45t。
4 工作面悬移支架的安装
4.1 安装顺序
从下向上 (从机头向机尾方向) 依次安装。
4.2 安装方法
4.2.1 安装第一架
第一架位置定距机巷3.5m处。
1) 安装前检查施工地点及周围支护情况, 如有隐患立即处理, 否则不得进行下一步工作。安装前先将油路接通, 然后将切眼内影响安架的中柱改掉, 一次只准改一架安一架。
2) 在顶梁四角处的牢固支架上各固定一台2t导链, 且该梁上必须再打一根与受力方向相对的戗柱。
3) 专人指挥同时拉四台导链, 将顶梁提升至能够将立柱站立的高度为止。然后将导链固定锁死, 严防回链。
4) 接着安装立柱。两人抬柱, 一人穿销, 逐根安上支架立柱并用B型销贯穿, 再次检查安装是否牢固。上立柱时人员不得站在顶梁正下方位置。
5) 立柱安装完毕, 在升顶梁前要在顶梁下侧打两根单体柱防止升架时发生下滑。
6) 用专用的注液装置使顶梁平稳接顶, 用单体柱调整顶梁与预先拉好的线平齐, 升立柱达到规定的初撑力, 接着安装操纵阀、管路等附件, 去掉单体柱。
4.2.2 安装第二架
第二架的安装步骤与第一架相同。但要注意, 待第二架支撑好后, 马上用托梁连接套将两架的托梁连接好, 依次安装, 直至全部安装完毕 (顶板不平整时, 刹顶背平) 。
4.2.3 单体柱人工软回
安装好第二架后开始替第一架的棚子, 采用单体柱人工软回。以后每安装好一组支架回一次。替回的工字钢装在平板车上, 用铁丝刹紧运至机尾、风巷, 轨道提走。
4.2.4 铺设主管路和回油管路
支架安装完毕后铺设主管路和回油管路, 并且和每一组支架的供回液装置接通。
4.2.5 调整
调整相邻两顶梁间距, 标准间距为40mm。间距宽或窄时, 以机头方向支架为基准, 稍降下一架支架, 用撬杠钎子等长柄工具调整顶梁间距达到规定要求。
4.2.6 调架
管路安装完毕后, 接通主管路, 液压系统供液, 用推进缸收缩、伸出的方法把工作面托梁调成一条直线, 此直线与最初给的切眼中线要平行。然后以托梁成一直线, 调整全部支架, 使整个工作面支架顶梁成一直线。
5 工作面工艺
5.1 采煤工艺
打眼、装药、放炮—移架—攉煤—移溜—整体推进托梁。
5.2 工艺说明
1) 打眼、装药、放炮:工作面炮眼布置为三花眼, 上眼间距0.8m, 距顶0.7m, 底眼间距0.8m, 距底0.7m。严格按照炮眼布置图和爆破说明书作业 (附爆破图表) 。
2) 移架:放完炮后, 必须提前拉架, 对顶板进行控制。由机头向机尾顺序开始移架, 移架时先收立柱使其脱离浮煤或浮矸, 然后移动顶梁和立柱, 使支架移至规定步距 (800mm) 。
3) 攉煤:人员站在顶板维护好的地点, 面向机尾方向往运输机上攉煤。攉煤时要照前顾后, 防止运输机内有物料、大块煤矸伤人, 并注意顶板变化情况, 严禁空顶作业。
4) 移溜:用推移器或单体液压支柱推移运输机。推移器或单体柱应支在支架牢固完好的地点, 做推移用的单体柱要编号, 专项使用, 推移后应搁放好。
5) 移托梁:以上工序结束后开始整体推进支架托梁, 为下一个工序做准备。
6 两巷顶板管理
6.1 基本要求
1) 工作面安全出口及端头支护。机头超前出口规格为宽3.0m, 高1.6m, 长3.0m, 采用6棚双圆销梁配合单体支柱, 柱距为0.5m, 排拒1.0m, 水平销配齐, 确保“三销齐全”。
2) 上、下端头采用相应高度的单体液压支柱配合铰接顶梁支护, 净高不低于1.6m, 人行道宽度不小于0.7m。
3) 工作面两巷超前挂1~2排铰接顶梁, 顶梁下用单体液压支柱支护, 实现一梁一柱, 20m以内架设双排铰接顶梁, 20~50m架设单列铰接顶梁。风巷与工作面切顶线回齐, 机巷老塘侧可落后采面一排。
4) 刹顶:工作面单体柱支护处使用金属网刹顶, 金属网规格:12×1.2, 机头超前因使用双圆销梁配合单体支柱支护, 背顶使用金属网配合小棍, 每棚使用6~8根, 要求与工作面金属网连接紧密, 同时应具备一定量的半圆木、穿楔, 以备冒顶时使用。
5) 在工作面上下端头进行回柱放顶前, 应对预留的安全出口处的支架进行加固、维修, 确保出口安全可靠、退路畅通无阻;然后才可进行正常的回柱放顶工作。回柱放顶时应坚持做到远距离操作, 操作期间如出现顶板突然来压、大范围跨落导致催棚、倒架、窜矸等异常要立即撤人, 等顶板稳定后在进行维护顶板。
6.2 其他要求
1) 机、风两巷人行道高度不低于1.6m, 宽度不少于0.7m, 无杂物、无空顶、空帮现象, 以确保畅通。
2) 工作面端头及超前回收的支柱, 要按指定的位置码放, 电缆、水管及其他物料, 按指定位置摆放整齐, 挂牌管理, 严禁乱扔乱放, 影响行人及文明生产。
3) 工作面安全出口及两巷超前支护, 必须设专人维护, 发现有失效柱, 及时更换。若有底鼓要及时清挖以保证畅通。
4) 风巷在推进的过程中, 电缆、水管及时外移, 清理杂物, 确保文明生产达标。
5) 工作面两巷超前, 在出煤期间要及时打开水幕喷雾降尘, 严禁煤尘超限。
7 经济效益和社会效益分析
7.1 经济效益分析
天力公司先锋矿原来开采薄煤层的采煤方式为单体柱配合悬臂梁支护, 由于己15-11130工作面采用了悬移支架支护的开采技术, 该技术的成功应用为先锋矿提高薄煤层产量奠定了基础, 同时减少了工人劳动强度, 提高了干部职工的生产积极性, 杜绝了顶板和人身事故的发生, 保障了矿井的安全生产。
使用低矮型悬移支架开采薄煤层技术的应用, 改变了原薄煤层开采落后的采煤方法, 达到了增产提效的目的。
根据原使用单体柱悬臂梁支护一个工作面月产量为6962t, 现使用悬移液压支架后单面月产量11139t。
即单面月产量提高:11139-6962=4177 (t) 。
新增产值为 (按原煤售价680元计算) :4177×680=284 (万元) 。
新增利润为 (按综合成本390元/天计算) :4177× (680-390) =121 (万元) 。
则年提高利润:12×121=1452 (万元) 。
在减人提效方面由于使用单体柱悬臂梁支护形式工序多工人劳动强度大, 每班出勤32人, 每天出勤105人。而使用悬移支架支护形式的升架、移架均由手把操作液压系统传输完成, 每班只需23人, 每天69人, 每人每天170元计算, 则每年节省工资 (105-69) ×170×365=223.3 (万元) 。
通过对单体柱悬臂梁支护与使用悬移支架两者的比较, 可以明显地看出, 使用悬移支架开采薄煤层技术的成功实施, 既可以提高单产又可以增加利润, 从而达到降低成本的目的, 促进矿井高产高效的建设。
7.2 社会效益分析
在社会效益方面单体柱悬臂梁支护与使用悬移支架支护的工作面相比较。
1) 产能提升:使用单体柱悬臂梁支护形式月生产能力6962吨;使用悬移支架月生产能力11139吨。
2) 工效:使用单体柱悬臂梁支护每天投入105人, 工效2.2吨/工;使用悬移支架每天69人, 工效5.3吨/工。工效提高了3.1吨/工。
3) 采面支护:原采面为单体柱配合铰接顶梁支护, 现采用悬移支架支护。
4) 安全:单体柱悬臂梁支护的采面月均一次轻伤, 易发生漏顶事故;采用悬移支架支护的工作面杜绝了轻伤和顶板事故。
5) 采用悬移支架之后降到了职工劳动强度, 改善了职工的作业环境, 达到了减人提效的目的, 职工工资得到了提高, 调动了职工的工作积极性。
8 结束语
该项目的成功实施, 为天力公司的未来发展提供了技术和装备保证。在集团公司使用悬移支架开采薄煤层技术开创了先例, 为今后薄煤层的开采提供了技术经验。
摘要：详细介绍天力公司先锋矿薄煤层悬移支架的改进及实际的应用, 效果显著, 可供其它薄煤层的开采借鉴。
关键词：薄煤层,悬移支架,改进,应用