[00118383]大倾角厚煤层单阶段无人工作面开采工艺试验研究

1、立项背景 福城煤矿（长城二矿）部分煤层目前正面临开采倾角大,顶板破碎滑落的问题,个别工作面甚至出现严重冒顶致使工作面停产,设备难以撤出等问题,给企业造成极大损失。由于矿区大倾角厚煤层资源比重大,大倾角厚煤层的安全开采将是未来不可回避的重要问题,在此背景下,研究大倾角厚煤层特殊开采方法对矿区具有重要意义。 2、主要技术内容 大倾角厚煤层无人工作面开采即采用深孔爆破方法落煤,现场工作人员不进入回采工作面,工作面也无需支护。钻孔作业位于区段平巷工作面端头位置,向巷道实体煤壁侧打眼,利用深孔爆破落煤,爆落的煤经引煤设备扒至放煤支架放到下区段平巷,平巷内端头超前一定距离布置超前支架支撑顶板,在其保护作用下,煤体通过安设在下区段平巷内的刮板输送机运走,最后提升至地面。该工艺的关键技术为：深孔爆破落煤、引煤、端头支护及放煤、运煤、通风及顶板管理。围绕上述关键技术,本项目的具体研究内容如下：（1）试验区及首采工作面设计根据现场地质条件及煤层赋存条件,结合大倾角厚煤层无人工作面开采方法的具体要求,确定试验区并对首采工作面进行设计。（2）深孔爆破落煤方法、工艺及设备研究根据大倾角厚煤层无人工作面开采方法的具体要求,从施工便捷性、经济合理性及操作安全性几个方面,研究深孔爆破落煤方法的具体实施步骤;借鉴工程类比、现场试验、理论计算等方法设计符合现场要求的深孔爆破参数;从钻孔、装药、联线、起爆等方面系统研究深孔爆破落煤现场工艺,并研制适用于此工艺的相关设备。（3）无人工作面引煤、放煤、运煤工艺及设备研究根据大倾角厚煤层无人工作面开采方法的具体要求,对爆后煤体的引煤、放煤、串矸控制及运煤工艺展开系统研究,设计一套完整的引煤、放煤、运煤工艺,并研制适用于此工艺的相关设备。（4）无人工作面顶板及通风管理技术研究根据大倾角厚煤层无人工作面开采方法的具体要求,研究开采过程中的顶板及通风管理技术,为工作面的顺利回采提供安全保障。（5）首采无人工作面试验情况及分析开展现场试验,从爆破落煤、引煤、放煤、运煤及顶板管理五个方面,检验无人工作面开采工艺及配套设备的适用性,并对首采无人工作面的试验情况进行归纳和总结,为后续工作面的开采提供有力支撑。 3、成果特点 （1）在对福城煤矿地质及煤层赋存条件进行详细调查的基础上,结合大倾角厚煤层无人工作面开采工艺的具体要求,确定了试验区,并对试验首采工作面进行了巷道设计、支护设计,预估了该工艺的生产效率。（2）根据大倾角无人工作面开采工艺的特点,提出了深孔爆破落煤方法及矿山压力落煤方法,其中深孔爆破爆破落煤方法利用爆破落煤,根据对工作面是否分段又可分为分段工作面布置方式和整体工作面布置方式;矿山压力落煤方法则是利用间隔爆破+利用山压力破坏小“煤柱”进行落煤的方法。明确落煤方法后,根据爆破落煤的要求,以爆破块度及抛掷距离为控制指标,通过工程类比、现场试验、理论计算确定了深孔爆破参数,并在后续爆破试验中对其进行了验证与优化。（3）根据设计得到的深孔爆破参数,从钻孔施工精度、深孔装药及联线效率、炮孔填塞密实程度、起爆方案可靠性等方面,进行了深孔爆破工艺全过程设计,并研发了适用于此工艺的相关设备。（4）研究了梭链及扒煤机两种引煤装置在大倾角无人工作面的适用性,配合现场生产环节设计了引煤工艺,并对上述设备进行了优化改进,有效避免了由于煤层夹矸、结构面等导致的爆破破煤不充分或煤体破碎后自溜流动性差的情况。（5）在传统端头支架基础上,根据无人工作面开采工艺设计并研制了横式端头超前支架、横式端头放煤支架两种架型,有针对性的改进了放煤口挡板及破煤装置,形成了工作面放煤工艺。建立了从工作面到放煤支架、区段运输平巷一整套联合运煤系统,设计并优化了相应的运输设备并对其进行选型。（6）根据无人工作面开采的要求,研究了工作面及区段平巷顶板及通风管理技术。提出了工作面强制放顶及留煤柱支撑顶板两种顶板管理技术,总结归纳了这两种技术的关键要点;提出了全风压通风及通风孔通风两种通风管理技术,并计算了所需风量等参数。（7）开展了大倾角无人工作面开采工艺的现场试验,爆破落煤效果较好,爆破循环能够满足预计生产效率;引煤、放煤及运煤设备运行良好,各工序之间搭接顺畅;通过顶板预裂、顶板切缝及强制放顶三种顶板爆破措施,可以有效破坏顶板内积聚的能量,回采过程中未出现相关顶板事故。通过现场试验,进一步验证了该开采工艺的可行性及优越性。