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1、近距离煤层上行综合机械化开采实践关 群1 李德元2 高维宇21-阜新矿业（集团）公司，辽宁 阜新 123000；阜新矿业（集团）公司清河门煤矿，辽宁 阜新 123006摘 要 通过对 231 采区 3-2 煤层上部可采煤层受采动影响的探、掘、采实践，积累 了掘进、回采期间煤层顶底板的管理经验，通过实施了钻孔探查和巷道探查，检查 煤层底板下覆采空区的充实程度、采动影响、下沉变形量及采动裂隙情况、顶板离 层状态等，形成巷道支护及回采顶板管理、通风管理等成型经验，修改了以往柱厚 采厚比大于 7.5 方可上行开采的经验数值，安全、顺利地完成了 231 采区 3-3 煤层 N 3 路的近距离累煤层上行综
2、合机械化开采。 关键词 近距离 煤层 上行 开采-1 概 况阜新矿业（集团）公司清河门煤矿位于辽宁省阜新市清河门区境内，是开采 40 多年的 一个老矿井，矿井有两支综采队分别在 231 采区和 343 采区采用走向长臂后退式开采，有 七支掘进队伍为开采准备，采掘生产全部实现了机械化作业。 231 采区是现在的主采区之一，主要开采沙海含煤地层中的三煤组煤层，三煤组有 3- 2、3-3、3-4、3-5 煤层四个近距离煤层组成。早年地质勘探资料显示三煤组煤层均不可采。 经过后期的掘进探查，发现三煤组 3-2 煤层具有可采价值，即开始了探查和回采，形成一 个开拓采区，2001 年2005 年间，先后圈
3、定 3-2 煤层回采工作面 10 个，合计回采煤量 263.3 万 t。由于 3-2 煤层的开采实际情况与原有地质资料相比出入较大，因此，根据地质 资料显示推断 3-2 煤层上覆还有可采煤层，经过钻探和巷探两种方式探明，与 3-2 煤层上 覆层间距 3036m 的 3-5 煤层具有可采价值，2005 年 11 月2007 年 9 月，先后回采了 3- 5 煤层 5 个工作面，合计回采煤量 118.2 万 t。经过前期工作，坚定了 3-2 煤层与 3-5 煤层 中间层 3-3 煤层的可采价值。3-3 煤层距上覆的 3-5 煤层 15.627.6m，3-3 煤层距下覆的 3-2 煤层 816.7m
4、，地质状况如图 1 所示。由于历史的原因，造成 3-3 煤层排在上行开采 顺序，并且 3-2 煤层开采时对上层没有采取任何保护性技术措施，给生产带来一定困难。 为了充分回收煤炭资源，尝试在 231 采区 3-3 煤层 N3路的上行采取综合机械化开采。图 1 3-3 煤层地质结构柱状图2 综合机械化开采尝试地质资料中，煤层至上而下逐层分布，根据煤层的厚度、间距、煤种以及巷道维护等 条件，将煤层群合理分组，同时开发一组或二组煤来满足矿井年产量的要求。组内一般也 都是先采上层后采下层，即正常的“下行”开采顺序。当煤层相距较近时，先采下层，采 空区岩层垮落，造成上部煤层的破坏，上部煤层的开采就很困难，
5、甚至无法开采；如果煤 层间距较远，先采下层，对上部煤层影响较小，下部煤层采完后，只要适当处理采空区， 并使上部煤层均匀下沉，也可以采用“上行”开采顺序。 2.1 上行开采条件论证 2.1.1 从矿井开采实际和研究论证 根据上行开采可行性公式（柱厚采厚比公式） ，H/M7.5 时，则可视为基本具备反程 序开采的必要条件，即下分层开采后，上分层整体基本上不会遭到开采破坏，煤层的整体 性比较完整。 清河门煤矿 231 采区上行开采的实践情况为： H/M=12.35/3=4.127.5 式中：H为上、下煤层的平均间距，3-2 煤层与 3-3 煤层间距为 816.7m，所以平均间距 取 12.35m；
6、M为下部煤层的平均开采高度， 3-2 煤层平均采高 3.0m。 根据柱厚采厚比公式计算，基本不具备上行开采的条件。 2.1.2 利用三带高度判别法论证根据煤矿安全规程讲义井工开采部分的说明： （1）冒落带高度的确定m26.1186. 62 . 21937 . 431002 . 219M7 . 4M100H冒 （2）裂隙带高度的确定m3 .411 .306 . 56 . 336 . 1 31006 . 53.6M6 . 1M100H裂 （3）上行开采条件所需要的煤层间距离m0 .18312 . 13H1-KMH间式中：H平衡岩层厚度，一般取 3.0m； M为下部煤层的平均开采高度， 3-2 煤层
7、平均采高 3.0m。 K岩石自由碎胀系数，坚硬岩层一般取 1.11.15m，中硬岩层一般取 1.151.2m，软岩层一般取 1.21.4m。 经以上计算，该区上、下层间距仅有 816.7m，平均 12.35m，小于上行开采条件的柱 厚采厚比系数，且该区 3-3 层正处于 3-2 煤层开采后冒落带的上限和裂隙带的下限，因此， 为了缓解采区接续紧张局面，对 231 区 3-3 煤层 N3路实行探查，以论证上行综合机械化开 采的可能性和可行性。 2.2 巷道探查施工 3-2 煤层 N3路综采工作面于 2002 年 2 月采毕，预计 3-3 煤层岩层完整性已遭到破坏， 顶板出现裂隙、离层，但经 6 年
8、时间的充实应该形成再生底板。 231 采区 3-3 煤层巷道探查于 2007 年 10 月 15 日开始施工，施工中特别加强顶、底板 管理。采用炮掘，全断面一次成巷，巷道断面设计成拱形，高 2.8m、宽 4.2m。 探查巷道采用锚、网、带+锚索及辅助金属棚联合支护，顶板采用直径 20mm、长 2000mm 螺纹钢锚杆，间排距为 900800（mm） ；锚索长 8000m，间排距 16002400（mm） ， 五花布置，即 2.4m 一对，中间加打一根锚索；两帮采用直径 20mm、长 1600mm 的螺纹钢锚 杆，间排距为 900800（mm） 。顶板压力显现明显地段或顶板破碎段及时采取架设金属
9、棚 的联合支护方式。支护形式如图 2 所示。图 2 3-3 煤层巷道支护断面示意图在日常支护管理中，严格按标准施工，加强施工质量。巷道中间每隔 10m 用直径 200mm 的园木打一信号顶子，以便随时观察顶板变化情况，及时采取补强措施。底板每隔 1015m 向下覆 3-2 煤层采空区打探眼，确定 3-3 煤层与 3-2 煤层采空区之间厚度、底板 是否压实及瓦斯赋存情况，利用探眼及时向下覆采空区采取注砂、注浆、注氮等措施，保 证底板充实，防止瓦斯渗出。 运输巷探查至 440m，巷道进入 3-5 煤层 N3路采空区煤柱时，顶板破碎严重，及时采取 了补充措施：锚索排距改为 1.6m，中间加设一根呈五
10、花布置的锚索，双排滞后工作面不超 过 10m，单排跟至工作面，并加设点锚杆，帮网跟至工作面不超过 1m，并及时架设工字钢 制作的金属棚，间隔 1m 安设一架金属棚，架棚距工作面 20m 以内，棚腿处各铺一根 3m 长 大拌子，平面向上，棚腿立在大拌子上，以增加棚腿与底板接触面积。为防止棚腿倾倒， 上梁前要将棚腿绑在帮网上，并扶正把稳，上好帮、顶拉筋，帮、顶要用木板刹齐。 通过采取多种支护形式， 231 采区 3-3 煤层 N3路综采工作面于 2008 年 3 月 16 日贯通。 通过观测，顶板离层值最大没超过 20mm，两帮表面位移量不超过 40mm，保持了围岩的稳定 性，具备上行综合机械化采
11、煤的条件。 2.3 采煤生产 2.3.1 综采配套设备及管理 根据现有设备使用情况，确定使用如下设备： 采用 ZY3600-1.2/2.75L 型掩护式液压支架。这种支架支护强度较大且均匀，重量 轻，价格低，有掩护梁，架间封闭，防护性能好，立柱斜立，调高范围大，抗水平推力能 力强，稳定性好，允许带压移架，正适合上行开采工作面老顶来压不太强烈的不稳定和中 等稳定的顶板条件。 采用 MG-150/375W 型双滚筒式采煤机。该采煤机采高范围在 1.42.9m 之间，符合 本煤层厚度的要求。滚筒采煤机采用骑溜方式工作，能够同时实现落煤和装煤，调高性能 好，可适应不同采高，能自开缺口，对地质条件适应性
12、好，机械效率高。 采用 SGZ-630/630 型双中心链刮板运输机。该机具有受力均匀，弯曲性能好，链子 强度高等特点。 配能够满足液压支架要求压力和流量的 MRB-200/31.5 型乳化泵来保证正常生产。 在生产中对机电设备坚持科学管理，坚持强制检修制，保证设备良好的运行性能，对 各台设备都进行包机制，制定包机人，对每天的检修内容及检修情况都进行记录，重点加 强液压支架及乳化泵站的检修，在机械设备运行方面为采煤做到前期保障。 2.3.2 回采工艺 采用复合煤层一次采全高走向长壁后退式全部跨落法综合机械化采煤。采用采煤机双 向割煤，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，滚筒自旋使截齿将煤破碎。采煤机端
13、头斜切进刀 割三角煤。割煤与移架、推刮板输送机顺序进行。工作面采用及时移架支护，即采煤机割 煤过后及时移架，移架在采煤机后 35 台支架进行，采煤与移刮板输送机的间隔为 1520m。利用机组滚筒叶片和输送机铲煤板将煤自行装入运输机，采用刮板输送机运输工 作面煤炭。作业方式为双十一四作业方式，劳动组织采用正规循环作业，生产小班 56 个 循环。 2.3.3 工作面及两顺的顶板管理 采煤时要严格按照质量标准作业，随时观察顶板状态及支护状态。为有效防止片帮冒 顶的发生，必须及时拉靠支架，使支架达到最小控顶距。顶板破碎时，必须立即支护，即 采煤机前滚筒割过后，及时带压擦顶移架（可同时操纵降柱和移架手柄
14、，待支架前移时， 将降柱手柄打为零位，从而实现擦顶带压移架） 。如果工作面片帮达 0.6m 时，必须及时拉 超前架，拉完超前架后继续片帮时，用矿车的两花链取代联接头，再拉超前架，严重时采 取人工铺设假顶等维护方法，实践证明此种方法非常有效地控制住了顶板冒顶。采用人工 铺设假顶的方法维护将要冒顶空间时，将冒顶处两侧支架升实，不得随意动冒顶处及冒顶 处附近支架。在冒顶处，三台支架为一组，沿走向方向在每隔一台支架下用 SGW-150C 溜子 链拴 3m 方钢梁，每根梁拴两处，固定牢固。方钢梁探至煤帮，沿倾斜方向在方钢梁上铺 4m 直径 180mm、长 4000mm 的木料） ，以铺至煤帮为止，然后在
15、三台支架中间的支架上挑两 棵 3m 料（直径 200mm、长 3000mm 的木料）以托住上方 4m 料，以此类推。依次拉中间架， 托住上面的 4m 料。如果煤帮侧 4m 料不能被托起，则在该支架前梁上沿走向铺设 3m 木料， 用以托住煤帮侧木料，如图 3 所示。根据顶板情况，拆卸支架下方的方钢梁，每次只能拆 卸一组支架下的方钢梁，然后前移该支架。在处理冒顶时，采煤机走到冒顶处，沿 33 煤 层底板割底通过，每次拉架保证一次拉够一个截深。泵站压力不得低于 30MPa，随时保证 支架具有良好的初撑力，以此来避免和处理冒顶事故。平面图 剖面图图 3 处理冒顶支护方式图按标准进行运输巷和回风巷的超前
16、支护，并且设专人进行维护。发生断梁、单体支柱 损坏失效必须及时更换，必须设好防倒绳，以防伤人。如底板较软，对相应单体支柱“穿 鞋” 。巷道发生底臌、两帮移近不能满足安全生产要求时，必须对巷道进行拉底、开帮、挑 顶作业，保证巷道有足够的断面。对工作面及运输巷和回风巷的帮、顶进行动态监测。工 作面每 15 台支架安设压力表一块，每次移架后要搞好矿压观测，定期观测工作面顶板下沉 量。工作面上、下两巷每 50m 设置观测站，观测围岩表面收敛量及围岩变化状况，所有观 测结果均没有超过界限值，保证了正常开采。 2.4 “一通三防”管理 上行开采主要优点就是可以有效地释放上部煤层的瓦斯和泄出上层煤体内的水。采面 掘进、开采期间按煤矿安全规程要求核定好风量，加强瓦
