[00117654]偃龙煤田综合机械化开采关键技术研究

(1)任务来源 本研究项目为2011年河南永华能源有限公司与河南理工大学合作研究项目。 （2）应用领域和技术原理 偃龙矿区的煤层属于“三软”煤层。煤体比较松散,f值小于0.3,煤体用手几乎可以捏碎,顶板及底板都比较破碎,煤层属于典型的“三软”煤层。嵩山煤矿其回采巷道均是沿煤层底板掘进的巷道,巷道顶板和两帮全为煤体,围岩具有松散破碎、单轴抗压强度低、受掘进或采动影响后围岩应力和变形剧烈变化的特点。围岩破碎区和塑性区较大、煤体易冒落、煤体强度较低,因而巷道变形速度高、变形量大,而且常常有强烈的底臌,巷道断面收缩率有时可以达50%～60%,加之在回采动压的作用下,巷道围岩会变得更加破碎,矿压显现更加剧烈。因此,在设备配套方面以及采场和回采巷道支护的不合理的情况下,综放开采的回采率较低。 目前嵩山煤矿为偃龙矿区“三软”煤层第一个上综采的煤矿,由于没有类似条件下的综放实践,需摸索探求工作面高产高效途径,本项目在“三软”不稳定煤层回采工作面顶底板力学评估的基础上,以采场矿压理论为指导,在现场进行详细矿压观测,分析评价综放支架的适应性。在此基础上,调整相关工艺参数和修改完善工作面支护设计,提出改善支架稳定性与改进部件结构的技术途径、措施与参数。 （3）性能指标 项目要求工作面回采率达到85%以上,综放面年生产能力为100万吨以上,直接工效40吨/工,上下顺槽端面收缩率小于15%。通过对工作面地质条件的研究以及类似条件下的矿山压力实测数据,根据“三机”配套原则,选择合适的液压支架、采煤机、刮板输送机,地压较大,通过合理的技术控制煤壁片帮,巷道返修率大,通过U型钢与卸压钻孔耦合支护方式进行巷道支护,巷道收缩率有所减小。通过合理的设备配套以及采场和巷道的合理支护,工作面回采率为90.31%,年生产能力达1071883.2t。 （4）与国内外同类技术比较 研究方法及手段上国内一般采用工程类比法结合现场实施的方法,而本项目采用理论分析、现场试验相结合的方法,使有关参数达到最优。 ZF2200/16/24综放支架采用整体顶梁带伸缩梁、护帮板及液压千斤顶推溜移架的设计结构,具有较好的安全性和稳定性,在嵩山煤矿“三软”不稳定煤层首次开采试验中获得成功,该型支架起到了重要的作用。 永华公司主要开采二叠系山西组二1煤,煤厚在0.4～5.2m之间,平均煤厚4.2m。煤层走向近东西,倾向北;煤层为缓倾斜煤层,倾角为9°～20°,平均倾角15°。煤层沿走向和倾向方向,具有短距离增厚变薄特征。煤层结构简单,局部含夹矸,厚度在0.1m～0.4m之间。煤层受滑动构造影响,组织疏松,强度低,普氏硬度系数小于0.3,回采时煤层易冒落、片帮,属豫西偃龙矿区“三软”不稳定难采煤层。根据2009年度矿井瓦斯等级鉴定,为低瓦斯矿井。现有的炮采放顶煤工作面采用单体支柱π型钢支护方式,在特定条件下也取得了较好的开采效果。但存在工作面顶板管理难度较大、工人劳动强度大的问题。 为解决这一问题,嵩山煤矿拟采用ZF2200/16/24支架进行综采放顶煤开采。由于对偃龙矿区来讲是第一次进行综采放顶煤开采,能否适应于偃龙矿区“三软”不稳定难采煤层,关系着能否在永华公司所属矿区乃至于豫西偃龙矿区进行大面积的推广,为此,需对综采放顶煤开采技术进行研究,以便对工作面的高效生产提出改进意见。 （5）成果的创造性、先进性 项目研究成果具有明显的创新性,由于嵩山煤矿为偃龙矿区“三软”煤层第一个上综采的煤矿,根据偃龙矿区“三软”不稳定煤层及顶底板岩层结构特性,分析进行综放设备选型及配套;结合“三软”不稳定煤层条件下,不同工序对支架稳定性的影响及其相关定量关系,现场试验确定综放支架的应用效果,为“三软”煤层条件下放顶煤工作面高产高效奠定基础。 （6）作用意义 本项目的直接经济效益是在工作面弧顶材料、护底材料成本上可节约222.06万元/月,节约人力资源与开采工资成本355.68万元,间接经济效益与炮采相比可提高利润4320万元/年（含税）。综放支架加快对端面顶板的及时支护,促进了安全生产,简化生产环节,降低工人劳动强度,改善了工作环境,综放支架稳定性好,支护性能安全可靠,综放支架可用于松软底板工作面,对地质条件适用范围广,综放开采移架速度快,满足高产高效的需要,具有较高的社会效益与安全效益。对嵩山煤矿、永华公司其他煤矿同类型条件的煤层开采,确保工作面安全高效生产,具有重要的参考价值和指导意义。 （7）推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 本项目的研究成果将开创“三软”不稳定煤层高产高效的新途径,预计将达到国际先进水平。该项目的成果不仅适用于嵩山矿,而且可应用于我国类似条件的其他矿区,具有非常广阔的应用前景。