较薄保护层开采技术及瓦斯综合治理技术

煤炭科技

较薄保护层开采技术及瓦斯综合治理技术

马从明

摘

要：根据薄煤层的特点，探讨了难采较薄保护层的综采设备选型及回采工艺；根据回采块段的瓦斯来源及涌出情况，探讨了瓦斯综合治理技术；通过５１１１Ｃ１５工作面的成功回采，证明薄煤层综采工艺及其瓦斯治理技术是可行的，并为今后较薄保护层开采工作的深入发展在开采技术及瓦斯治理技术方面积累了宝贵经验。

关键词：保护层

综采

瓦斯治理

一、前言

薄煤层是指开采时贮存厚度小于１．３ｍ的煤层，属难采煤层范畴。淮南矿区Ｃ１５、Ｂ１０、１１－２、５等槽别均属薄空间煤层，同时它们又是理想的保护层。由于煤层薄、小，断层及地质构造对回采的影响极大，对采煤方法与工艺要求较高，工人体力劳动强度大，回采安全系数较低，大多数矿井非到万不得已时一般不安排回采。

近年来，随着矿区采场的快速下延，瓦斯涌出量逐年递增，煤与瓦斯突出威胁越来越大。淮南矿业集团公司提出了应抽尽抽”的瓦斯治理和突出区域“可保尽保、防治战略，开采保护层被提到了重要的议事日程。保护层开采的核心是薄煤层采煤工艺及瓦斯治理技术，谢一矿在５１１１Ｃ１５工作面尝试薄煤层综采开采保护层工作。

二、工作面装备选型及回采工艺

采煤机厚度要降低，机身长度尽可能缩短，以适应工作面高低起伏的条件，同时也是为了保证支架煤机配套时的过机高度在采高１．３ｍ时不小于０．２ｍ；由于薄煤夹矸、变薄带较多，薄煤层赋存条件变化较大，如断层、

层采煤机截割坚硬矸石的机会比中厚煤层要多，带来震动、冲击也要比中厚煤层频繁和剧烈，因此整机的结构要更高、更强，其中最重要的是滚筒割煤问题是装备配套的技术关键；煤机要有电脑工作状况显示板，并配有遥控。为此，选用辽源煤机厂生产的ＭＧ２×７０’３３０－

ＢＷＤ双滚筒采煤机。

工作面输送机要满足：在电缆架满足存放电缆、水窄，以增加行人空间，要防管的前提下，结构尽可能低、

止非正常情况下支架底座与电缆架干涉，溜槽强度要高且检修方便。经过充分论证，选用张家口煤机厂生产的

１．工作面装备选型

液压支架支护高度在０．９～１．８ｍ，能有效地支护顶板，支护强度要符合要求，且顶梁要相应加长，（因无伸缩前探梁）；支架底座设计要薄，且推移千斤顶后方能排掉矸石；支架上的操纵阀设置要为增加行人空间提供便利。为此，选用了沈阳煤科院设计、淮南煤矿机械公司生产的ＺＹ３２００’９’１８型两立柱支掩式液压支架。

ＳＧＺ－６３０’２６４型运输机。

２．回采工艺

（１）工艺流程。煤机自端头斜切后反向割三角

煤→上行割煤→移架→推溜→斜切进刀→移机尾→反向割三角煤→下行割煤。

（２）支护方式。本工作面以ＺＹ３２００’０９’１８型两柱

掩护自移式液压支架为基本支架支护顶板，支架间距为

""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""能力很大。现仅把部分瓦斯作为居民燃气使用，抽出瓦斯的利用率只有１４．１％。根据淮北矿区利用储存模拟法方形网络布井对单井产气量的预测结果，淮南矿区可选取４００ｍ作为井间距布置井网，实现规模开发。按照矿区在矿井１５年开采范围外的煤层气地面开发规划，达产后，矿区的煤层气生产规模可达２０亿ｍ３’ａ。

利用矿井抽放的煤层气生产甲醇，如建设规模为

剂、ＰＳＡ吸附剂）；主要辅料有：水、电、汽。

阳泉煤业（集团）有限责任公司煤层气生产甲醇工程有关情况如下。生产能力：甲醇５万ｔ’ａ；投资总额：２５７３４万元；建设内容：厂房及生产设备安装工程；所需设备：转化炉１台（#３０００ｍｍ×１２９００ｍｍ）、气化炉２台（#２２６０ｍｍ×６５００ｍｍ）、煤层气气柜１台

（２００００ｍ３）、水煤气气柜２台（ＫＤＯＮ－３２００）、空分设备１台（#１０００ｍｍ×３８０００ｍｍ）、脱炭塔１台（#２２００ｍｍ×７０００ｍｍ）、合成反应器（管壳式）１台（５０００ｍ３）、甲醇

贮罐１台。

５０万ｔ’ａ，约需煤层气５～１０亿ｍ３’ａ。

３．参考项目

以煤层气为原料生产甲醇的项目所需主要原材料为：煤层气、煤、化学品（盐酸、烧碱、Ｓ６）、催化剂

（作者单位：安徽淮河化工股份有限公司）

责任编辑：段顺昌

陈泰

（脱硫催化剂、水解催化剂、脱炭催化剂、合成催化

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１．５ｍ，移架步距为０．７ｍ。移架方式为本架操作，正常情

况下移架滞后机组５～端头支８ｍ，顶板破碎时超前移架。护的上端头采用工作面中间支架（ＺＹ３２００#０９#１８）支护顶板，滞后工作面中间支架１个截深；下端头采用４组成对４．５ｍ长工字钢梁配单体支柱支护顶板，１梁４柱，排距不大于０．５ｍ，交替迈步前移，密集支柱切顶。

２．抽采

（１）高抽巷抽采。在距５１１１Ｃ１５煤层顶板８ｍ即其

顶板冒落带以上的裂隙带中布置走向抽采巷（顶板高抽巷分为一、二两个工期：一期工程施工长度２３３ｍ、断面６．８１ｍ２，二期工程施工长度４７６ｍ、断面６．８１ｍ２，巷道均采用锚网喷支护）；采用２路８寸瓦斯管路对高抽巷用地面泵进行系统抽采，主要抽采采空区内来自下覆Ｃ１３煤层的卸压瓦斯，其抽采浓度为２５％～３５％，抽采纯量为１０～１５ｍ３#ｍｉｎ。

（３）落煤方式。用ＭＧ２×７０#３３０－ＢＷＤ型双滚筒割

煤机落煤，端头斜切式进刀；全工作面双向割煤，煤机往返一次进两刀。

由滚筒式采煤机的滚筒螺旋叶片进行（４）装煤方式。

人工攉煤进行辅助装煤。主装煤，刮板运输机铲煤板、

（２）双巷埋管抽采采空区瓦斯。工作面每推过一

个专用瓦斯排放巷与回风巷间的联巷后，及时启用新的联巷，

并对老联巷及其相连双风巷进行封闭抽采

（５）运煤方式。工作面使用一部ＳＧＺ－６３０#２６４型运

输机将煤炭运至机巷，机巷使用ＳＧＷ－４０型链板机及皮带机将煤运出工作面系统。

由支架的推移框架装置通过推移块进（６）移车方式。

行推溜，要求：①抵车距采煤机后滚筒８～１０ｍ进行，保持弯曲长度１２～１５ｍ；②抵车过程中不得出现刮板出槽、溜子错茬等情况，抵车速度不得过快，尤其是紧靠煤机处，以防损坏设备；③抵车后，保持链板机平、直、稳。

（封闭用０．２ｍ×０．２ｍ×０．２ｍ方形木砖，抽采用２台２ＢＥ１－２５３和２台２ＢＥ１－３０３移动泵及２路直径２５２ｍｍ和２００ｍｍ管路），抽采浓度为１０％～１５％，抽采纯量为１１ｍ３#ｍｉｎ。

（３）－７２０Ｃ１３煤层底板巷远程卸压瓦斯抽采。在－７２０Ｃ１３底板巷内共布置了３９个钻场，钻场间距为１０～２０ｍ，每个钻场内布置１６～２２个钻孔，钻孔均穿过Ｃ１３

煤层进入其顶板５ｍ，钻孔终孔沿倾斜方向覆盖了回采范围。用橡胶软管将钻孔瓦斯抽采管与２路直径

（７）支架与刮板机的防倒防滑措施：①初期甩采下部

使工作面回采线仰斜５°。②初采期间严格做到从下～８°向上抵车，从上向下移架。③严格按要求使用防倒防滑装置：一是排头、排尾支架防倒３架１组，共计２组，通过千斤顶与链条斜拉每组中第一架的顶梁与第三架的底座来实现防倒；二是顶梁防倒２架１组，间隔布置，共计５５组，通过千斤顶与两个支架顶梁相连接实现防倒；三是连杆防滑３架１组，间隔布置，共计３５组，通过千斤顶和链条将每组中第一架与第三架的连杆相连来实现支架防滑；四是底座防滑２架１组，间隔布置，共计

２００ｍｍ瓦斯干管连起来，用２ＢＥ－６０７０２型地面永久抽

采泵对－７２０ｍ底板巷穿层孔和巷道两端封闭进行抽采，抽采浓度４０％～６０％，抽采纯量１０～１８ｍ３#ｍｉｎ。

（４）地面钻孔抽采。在距工作面收作线１５０ｍ，从

地面施工１个孔径３１１ｍｍ、孔深６８７．１ｍ、终孔位于Ｃ１５煤层顶板４ｍ的钻孔，地面用１台２ＢＥ－３５５型真空泵抽采，抽采浓度３０％～３５％，抽采纯量３～４．５ｍ３#ｍｉｎ。

四、结束语

５５组，通过千斤顶和链条将两架的底座连在一起来实

现支架防滑；五是刮板机防滑５架１组，共计２２组，通过千斤顶和链条将每组中第一架所对应的溜槽与第五架底座相连来实现刮板机防滑。

１．５１１１Ｃ１５工作面已于２００５年５月２７日安全回采

完毕，共采出煤炭２３７７８８ｔ，平均日产为８００～１０００ｔ，最高日产达到１９００ｔ。

２．在回采过程中，工作面瓦斯绝对涌出量为４５～５０ｍ３#ｍｉｎ（其中下覆Ｃ１３煤层瓦斯绝对涌出量在３５ｍ３#ｍｉｎ左右）。工作面瓦斯抽采总量３５～４０ｍ３#ｍｉｎ，

抽采率７５％，其中地面钻孔抽采、高抽巷抽采、底板穿层孔抽采占抽采总量的７５％左右。到目前为止，抽采的瓦斯浓度没有衰减，仍进入永久系统为民所用。

（８）劳动组织及作业方式。采取分段追机作业，综合

和专业工种相结合的劳动组织形式；作业方式为三班采煤，边采边准备。

三、瓦斯综合治理

由于瓦斯涌出量大，用任何一种单一的方法都难以治理，为了保证该面的安全生产，采用风排＋抽采（尾排、高抽、穿层钻孔抽采、地面钻孔抽采）方式进行瓦斯综合治理

３．５１１１Ｃ１５工作面在瓦斯治理上投入很大，虽然出

煤不多，但作为保护层，其下覆Ｃ１３煤层的瓦斯已大量涌出，瓦斯压力已大量释放，瓦斯隐患得以消除，为其实现高产高效创造了条件。

１．风排

工作面采用“Ｕ＋Ｌ”型通风方式：专用瓦斯排放巷与回风巷两巷间每隔４０ｍ施工一联巷。工作面配风量

４．由于煤层薄，直接顶厚度大，周期来压不太明

显（在回采过程中，正常的顶板压力为２０～２５ＭＰａ，来压时的顶板压力为２５～２８ＭＰａ，最大时达到３２ＭＰａ，煤帮很少出现片帮）。在回采过程中，两柱掩护支架显出了明显的优势：结构简单，作业空间大；顶板压力不

１２００ｍ３#ｍｉｎ，回风巷风量７００ｍ３#ｍｉｎ，排放瓦斯量４～５ｍ３#ｍｉｎ；专用瓦斯排放巷风量５００ｍ３#ｍｉｎ，排放瓦斯

量１０～１２ｍ３#ｍｉｎ；合计风排量１３～１５ｍ３#ｍｉｎ。

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火成岩侵入区炮采工作面回采技术管理

芮成群

摘

郎宝华

要：对毛郢孜煤矿三采区Ｉ３３５、Ｉ３３３工作面的特点进行了分析，提出了相应的技术管理方法，为类似条件工作面的安

全回采提供了参考。

侵入区

回采技术管理

关键词：火成岩

一、煤层地质概况

皖北煤电集团公司毛郢孜煤矿三采区为火成岩严重侵入区，因火成岩侵蚀作用使该区域煤层赋存极不稳定，煤层变异系数大，煤层厚度大多在０～３．９ｍ之间，局部煤厚达６ｍ以上，给工作面顶板管理带来一定的困难，另外，探煤巷、断层、工作面改造巷较多给回采安全带来一定的影响。近年来，皖北煤电集团公司毛郢孜煤矿加强了技术和生产管理，在三采区Ｉ３３５、Ｉ３３３工作面成功回采出煤炭４５万吨，取得了一定的经济效益和社会效益。

二、三采区回采工作面的主要特点

火成岩的不规则侵入使煤层产状产生较大变化，局部跟煤层顶板困难，造成留煤顶开采，给顶板管理带来一定的难度；煤层赋存浅，火成岩硬度大，老塘形成自然拱，顶板应力集中，回采期间局部易造成老塘大面积悬顶；由于火成岩的焦化作用使煤层的性质发生变化，煤体变硬，粘结性降低，炮眼准备时间长，火成岩及天然焦爆破难度大；工作面煤层赋存不稳定，改造频繁，机械设备多，并且火成岩及天然焦硬度大，机械设备事故发生率高；地质构造及前期探煤巷多，改造、搬家及过老巷多。

三、工作面的主要采煤工艺

采用走向长壁全部垮落法回采，工作面支护采用

回采作面运输采用ＳＧＷ４２０型可弯曲刮扳运输机运输。工作重点应组织好炮眼准备期间生产管理、火成岩爆破安全管理及采空区老塘悬顶期间的顶板管理。

四、工作面的回采技术管理要点

１．破煤（岩）工艺

（１）采用风锤配合大功率电钻打眼，岩石多时采用两台风锤、两台电钻打眼，以保证工作面正规循环。

天然焦及火成岩的（２）采用微差爆破技术，根据煤、

软硬程度，调整爆破参数，煤层中采用三角眼形式，一组布置１０～１５个炮眼；天然焦及火成岩采用三花眼配合对眼形式，一组布置５～１０个炮眼，严格控制装药量，确保破碎岩块的均匀度及煤岩封泥质量，提高炮眼利用率、的自装率。

（３）岩石处放炮前，用旧皮带对单体支柱进行可靠的保护，放炮时停掉链板机，防止大块矸石进入链板机拉倒支架。

２．工作面顶板控制

（１）根据火成岩侵蚀程度及煤层赋存条件，选取合理的跟顶跟底回采方式，煤厚大于２．５ｍ时，跟火成岩及天然焦顶板回采；煤厚小于２．５ｍ时，跟煤层底板回采。

相结合的原则加强顶板管理，（２）坚持“支”“护”

应根据顶底板岩性及顶底板倾角，以支架变形量“支”

小为原则，控制好支护角度，防止支柱变形失稳及崩柱伤人；“护”则应强调重点区域及时增补特殊支护和背

ＤＺ－２５型单体液压支柱配合ＨＤＪＡ－１２００型金属铰接顶

梁五”排、四”峒支护作业空间，破煤工艺采用“四、“三、爆破落煤，打眼工具采用风锤配合大功率电钻打眼，工

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大，通过平衡千斤使前梁在支撑顶板时，能产生指向短、变频电牵引、可摇控操作、牵引速度大等方面占煤帮的水平推力来有效控制端面顶板；支架重量较轻，且重心偏后，拉架时，底座易上抬，拉架省力无需辅助抬架。

有优势，但其装机功率较小（３３０ｋＷ），尤其是截割部的功率小，在回采过程中易烧电机，不能适应地质变化。

５．由于煤层薄，作业空间小，所选的ＭＧ２×７０$３３０－ＢＷＤ型双滚筒割煤机，虽然在机身高度小和长度

（作者单位：淮南矿业集团谢一矿）

责任编辑：段顺昌

陈泰

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