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1、 龙口矿区油页岩上行综合机械化开采技术与应用龙口矿区油页岩上行综合机械化开采技术与应用（交流材料）龙矿集团生产技术处龙口矿区油页岩上行综合机械化开采技术与应用龙口矿区位于环渤海湾经济圈内，地处经济发展迅速、能源相对短缺、煤炭需求量逐年增加的胶东半岛，是胶东半岛唯一的煤炭生产基地，也是目前国内唯一正在生产的海滨矿区。国内东部地区特别是山东省陆地上的煤炭资源已经得到了全面开发，油页岩资源可以作为煤田的补充，对稳定东部地区煤炭生产能力，保持山东省煤炭生产的中长期可持续发展具有积极作用。油页岩作为一种新型的原料，其中含有很高的油比重和矿物质成分，是一种经济、环保的绿色原料，在国内是一种潜在的巨大能源，
2、主要用于油页岩炼油和发电等，具有广阔的市场前景，同时将对保障国家能源安全具有重要的战略意义。一、龙口矿区油页岩回采技术历程龙口矿区自1984年1月在北皂煤矿开采第一个油页岩面2104面，由于回采工艺、回采设备等因素影响，油页岩于1993年8月缓采，至最后一个油页岩面1103面回采结束，共开采油页岩面9 个，采出油页岩184万吨。采用的是顺序开采，由于综合利用技术不成熟，只能当做普通燃料销售，经济效益较差。2005年随着开采技术的进步和油页岩综合利炼油技术的成熟，决定进行油页岩上行开采。先后在北皂三采区1301、1303面采用原有的综采放顶煤设备进行了试采，工作面采高2.8-3.0m，但受综采设
3、备性能限制，设备损坏率较高，造成油页岩回采成本较高，综合效益一般。2007年根据前期经验，从机组截割、溜槽运输、转载破碎、支架改造等方面，进行了优化设计、配套综采设备，确定了采用ZY4800型大采高综采支架、配套MGTY400/930-1.1D采煤机、转载机多级破碎及仓口大型破碎机，进行油页岩上行开采技术研究。将工作面采高由原来的3.0m提高到4.0m，并在1304面进行了试采，取得了显著的经济效益；后期通过北皂煤矿三采区、四采区、一采区6个工作面及梁家矿煤1一采区三个工作面的回采实践，取得了宝贵的经验，为油页岩的开采奠定了坚实的技术基础，为下一步油页岩工业开发提供了成熟、可靠的技术支撑，保证
4、了矿井产量的稳定、促进矿井的可持续发展。1.1 初期油页岩开采采用的回采工艺及设备 1.1.1 高档普采工艺(1)工作面基本参数:工作面设计一般为面长60-115米，采高为2.2米，单面储量为4-25万吨。(2)开采方法及顶板管理:采用倾斜（或走向）长壁后退式采煤法、全部垮落法管理顶板，工作面采用兀钢、1.米金属铰接顶梁配合2.2米的单体液压支柱进行支护，支护形式为正悬臂、齐梁齐柱式，“见四回一”，三四排支柱控顶。工作面两端头采用放炮、人工开机窝的方法进行处理，采用单体液压支柱配合四对八根长钢梁进行支护。(3)使用的回采设备:工作面采用DY-150单滚筒或MLS3-2*170双滚筒采煤机截割页
5、岩，配合SGW-150或SGD-730/180刮板输送机进行运输。1.1.2 初期综合机械化回采(1)工作面基本参数:工作面一般设计为面长100米左右，采高为2.6米，设计可采储量为20-50万吨。(2) 开采方法及顶板管理:采用倾斜（或走向）长壁后退式采煤法、全部垮落法管理顶板。(3)使用的机电设备：工作面采用MLS3-2*170双滚筒采煤机截割页岩，配合SGD-730/180溜子进行运输，采用FZ25015/28或两柱支撑掩护式ZZY36015/28液压支架维护顶板，与采煤机与刮板输送机配套回采。1.1.3 初期油页岩回采机电设备暴露出的问题受油页岩固有物理性质影响，其为泥质胶结，致密坚硬
6、、层状结构，韧性大，硬度系数f =7。加之当时设备技术能力所限。突出表现在采煤机与运输设备极不适应油页开采。主要表现在：(1)页岩截割反力大，因DY-150与MLS3-2*170机组自身能力所限，回采过程机身剧烈震动，造成各连接部位螺栓失去作用。采煤机频繁的出现过电机输出齿轮打坏、摇臂齿轮损坏、断摇臂、坏截煤部、牵引部、烧电机等情况。(2)螺栓的松动加剧了煤机的震动，造成机架开裂开焊，各密封损坏，致使各减速箱漏油严重。(3)滚筒刀型截齿，截割能力小，效果不好。其固定方式不适应页岩截割。造成大量丢失损坏机刀。(4)与采煤机配套的150与180刮板输送机，其槽宽小机组在其上稳定性差，造成了机组运行
7、不稳，过煤困难。(5)刮板输送机功率小，链条强度低。烧电机、断链子、坏刮板等情况频繁发生。可以说从单纯对油页岩的回采方面来看，1993年停止油页岩回采，很大的原因是因为机电设备不适应页岩回采而做出的决定。1.2 当前油页岩上行开采采用的回采工艺及设备(1)工作面基本参数:工作面一般设计为面长100-170米，采高为3.84.0米，设计可采储量为30-200万吨。(2) 开采方法及顶板管理: 采用伪倾斜长壁后退式综合机械化采煤法。采用双滚筒采煤机割煤，循环进度为0.6m，全部垮落法管理顶板。 (3)综采设备配套：工作面采用MGTY250/600-1.1D大功率双滚筒采煤机截割页岩，配合SGZ-7
8、64/630溜子进行运输，采用ZF5200 /17/32和ZFG6400/17/32型液压支架维护顶板，与采煤机与刮板输送机配套回采。（4）回采工艺：溜尾斜切进刀，自溜尾向溜头截割，前滚筒沿油页岩一分层油2上2顶板切割，后滚筒沿铲板以上40cm切割。至溜头向溜尾返机时后滚筒沿底板切割，跟机推移溜槽。二、龙口矿区油页岩上行综合机械开采技术实践（以北皂矿1304工作面为例）1 油页岩上行综合机械开采技术适用性分析1.1 工作面基本情况1304工作面为不规则工作面，走向长度830m。受F3-2B断层影响，工作面设计面长前期83.7m推进度368m，后期146.4m推进度447m。地质储量73.4万吨
9、。1.2 工作面岩层赋存条件工作面煤1油页岩层总厚度7.6m，开采层位为煤1顶板向下4.0m。工作面原始地质构造简单，煤层倾角37度，平均5度。工作面下方的煤2、煤4层已回采完毕，工作面水文地质构造简单，仅存有少量的煤1油2裂隙水。受下方已回采塌陷造成的不均匀沉降影响，煤岩层裂隙发育，油页岩成块大且成块率较高，漏风通道较为发育。1.3 工作面顶底板情况工作面顶底板岩为含油泥岩，层位于煤2层采场冒落带之上的裂隙带范围，平均抗压强度7Mpa。经过压实，其抗压强度和完整性有一定的下降。1.4 支架选型的确定根据1301面回采期间矿压观测资料，结合1304工作面顶底板情况，经过比较，我们选用了ZY48
10、00/23/42型掩护式液压支架，顶梁结构采用铰接型式，顶梁前为前梁带800mm外伸缩梁结构，护帮板采用二级护帮，护帮高度1500mm。1.5 采煤机和运输机选型的确定根据油页岩面回采实践，由于油2致密坚硬出现采煤机振动厉害、截齿磨损严重等情况，因此，必须采用大功率采煤机，截深600mm为宜。经过比较，我们选用了MGTY400/930-1.1D型双滚筒采煤机，滚筒直径为2.0m，与采煤机配套的工作面采用SGZ-764/630型刮板运输机一部。2、工作面回采层位确定工作面设计回采层位为油1（厚度平均0.40m）、煤1（厚度平均0.42m）及油2（平均厚度4.04m），沿油1顶板进行回采，采高4.
11、00.lm，全部垮落法管理顶板。同时受机组滚筒摇臂调高设计控制，当机组油缸千斤顶升到底时，机组滚筒割煤高度才达到4.0m，此时，极易损坏调高油缸影响生产。因此回采过程中，机组滚筒割煤高度一般控制在3.7m-3.8m，由于油1较破碎，机割过程中会随机垮落，机组滚筒顶刀割煤层位一般沿油1底板或煤1顶板下0.2m-0.4m位置回采，利用支架插板作用回采上方油1。另外，采取转载机座箱前人工卧底的方式进行溜头的卧底，溜头高度控制在3.5-3.6m，溜尾利用机组卧底0.8-1.2m与材料巷底板形成高差，控制溜尾支架达到3.63.8m。3、工作面大块产生及处理由于反采的原因造成不均匀沉降，岩层节理及构造影响
12、,尤其是遇断层时大块生成较多。破岩工具以工作面两端头安设风镐配合手镐、大锤破碎大块为主，转载机及仓口采取了安装破碎机破岩等措施。4、回采工艺溜尾斜切进刀，自溜尾向溜头截割，前滚筒沿油页岩一分层油2上2顶板切割，后滚筒沿铲板以上40cm切割。至溜头向溜尾返机时后滚筒沿底板切割，跟机推移溜槽。采用该回采工艺，一，使机组破煤后截割下来的油页岩始终在机组的前方，保证大块在溜子上的运输畅通，避免了大块过采煤机机身时对溜子的冲击和破坏。二，由溜头向溜尾割底返机，可以使溜子推移到位。5、油页岩上行综合机械化开采矿压观测分析5.1工作面初次来压周期来压特点通过对1304工作面矿压观测数据的分析，1304面初次
13、来压步距为12.5m，初次来压显现不明显，来压后支架工作阻力有所上升，平均增阻系数为1.64。 1304工作面周期来压步距为39.6m，平均为6.13m。 工作面顶板来压不是在采场全场范围内同时发生的，即顶板断裂不是沿采场全场发展，不能形成一个统一的暂时的平衡结构。由于采场顶板岩性较软，在沿采场推进方向上，形成几个局部的暂时平衡结构，顶板分块破断，因而形成了明显的分段来压现象。5.2 油页岩上行开采软岩顶板采场矿压规律与常规开采方式相比，上行开采软岩顶板采场矿压规律的特殊性有：由于下部煤层开采对油页岩顶底板的影响，直接顶易于垮落，从而有利于减缓顶板对工作面造成太大的压力，避免顶板大面积垮落的威
14、胁，直接顶初次垮落步距较小。初次来压期间，支架工作阻力变化不大，活柱下缩量较小，矿压显现不明显；在周期来压方面，表现弱周期性。工作面初次来压之后，工作面顶板来压不是在采场全场范围内同时发生的。由于采场顶板岩性较软，在沿采场推进方向上，顶板分块破断，因而形成了明显的分段来压现象。5.3上行开采工作面顶板、煤壁稳定性与下部煤层开采的关系煤1与煤2间距21.0m，煤1油2及其顶底板岩层位于煤2层采场冒落带之上的裂隙带范围。煤1油2反采生产过程中，由于采场围岩裂隙发育，工作面直接顶顶板油1层随机割煤而冒落，移架过程中架间漏矸较多，煤壁在机组割煤期间影响，稳定性较差，极易片帮产生超大岩块，尤其在ZY48
15、00/23/42型大采高工作面，超大岩块影响生产的问题尤为突出，虽采用主要割顶刀，回刀割底刀的回采工艺，但当工作面处于下部煤层开采边界范围期间，产生的超大岩块较多，大块每循环因处理大块影响割煤时间为1030分钟，甚至更长时间。三、经济效益分析油页岩上行综合机械化开采技术的成功应用与实践，形成了从安装、回采、延面到撤除的一整套完整的回采工艺，取得了较好得经济效益。油页岩上行综合机械化开采技术的成功应用，增加了矿井后续资源储量，延长了矿井服务年限，维护了矿井产量，提高了矿井经济效益。油页岩开采对龙矿矿区的发展具有长远的重要意义。龙口矿区通过油页岩上行综合机械开采技术在工作面回采中的应用与实践，克服工作面上行开采的不利因素，在“三软”地层中油页岩上行综合机械开采成功应用，完善油页岩的上行综合机械化开采技术，为今后油页岩的开采指明了方向，具有推广价值。龙口矿区油页岩上行开采开创了中国机械化开采油页岩的先河，对其它矿井井工开采油页岩有着重要借鉴意义和推广意义。四、问题与结论1 、ZY4800/23/42型支架及配套设备在1304工作面的成功应用，表明采用大采高支架回采油页岩上行开采，具有较大的优势，在采场压力显现不明显的情况下，提高工作面采高是增加油页岩资源回收和提高经济效益的有效途径。2、 两
