大采高一次采全高综合机械化采煤工艺优化

大采高一次采全高综合机械化采煤工艺过程与普通综采基本相同,但由于设备高度大,煤壁容易片帮,管理难度大,布置方式多用走向或俯斜长壁,其采煤工艺与普通综采相比有以下特点:

(1)支架容易歪斜、倾倒

由于支架的支撑高度大,支架各部件的连接销轴与孔之间存在轴向和径向间隙,即使在水平煤层的工作条件下,支架也会产生歪斜、扭转甚至倒架。经计算和实际测量,当支架高度为4.5 m水平放置时,立柱横向偏斜角可达3.4°,顶梁横向偏移距离为300～400 mm;当支架向前或后倾斜±1°时,梁端距变化±70mm;若采煤机向煤壁侧倾斜6°,端面距将增加到800 mm,容易发生冒顶事故;若采煤机向采空侧倾斜6°,滚筒就要割支架顶梁。而如果煤层有倾角以及底板不平,支架更容易歪斜、倾倒,从而导致顶梁互相挤压,支架难前移,或顶梁间距过大而发生漏矸现象。为防止以上现象发生,除设备结构上进一步完善外,在采煤工艺上也应采取以下相应措施:

①支架工作状态是否正常,主要是由采煤机司机操作割煤质量决定的,因此应加强采煤机司机的训练和检查指导,将底板割平。

②把煤壁采直,并防止输送机下滑,使支架垂直煤壁前移,架间保持平衡,防止邻架间前梁和尾端相互推挤,严格控制支架高度和采高,使之不超高。

③移架时,顶梁不脱离顶板,但又要防止过分带压移架,以防碎矸冒落和支架后倾;发现小的歪斜时,立即调整,防止进一步恶化。

④工作面出现断层等地质构造时,必须制定相应技术措施,保证工作面工程质量。

(2)容易造成冒顶事故

大采高综采面容易出现煤壁大面积片帮,片帮后端面距加大,顶板失去煤壁支撑,常常造成冒顶事故。大采高综采面片帮程度是不同的,有的基本不片帮;有的虽片帮,但靠支架的护帮板和伸缩梁就可以解决问题;也有的片帮严重,特别是周期来压时,靠支架自身机构护不住煤帮,需采取下列特殊措施:

①改变工作面推进方向。由于煤层节理面方向的原因,有的综采面在同一煤层中采煤,推进方向不同时,片帮程度不同,月产量可相差30%以上。

②用木锚杆或薄壁钢管锚杆加固煤帮,煤帮上锚杆布置的密度、深度依据煤层特点和片帮严重程度而定。

③用聚氨酯或其他化学树脂固结煤壁,增加煤体强度。目前,主要有药包法和注入法。(www.xing528.com)

a.药包法是指用两种体积成一定比例的液体树脂成分,分别装在互相套在一起的塑料袋中,药卷外径为43 mm、长为300mm、质量为500 g。施工时,将药卷装入直径为50 mm的钻孔中,每米钻孔长度装1.5～2个药卷,然后用锚杆将药卷绞破,使两种液体树脂混合,用木塞将孔口封住。两种树脂混合后,迅速产生化学反应并发泡,充满钻孔,不仅将锚杆与煤体固结在一起,而且可将周围煤岩的层理、裂隙粘固。该法也可以用于巷道掘进中加固围岩。

b.注入法是指所用设备主要是两台齿轮泵,分别吸入多异氰酸酯及多元醇聚醚两种树脂浆液,通过三通接头注入注浆管混合器中混合,然后经封孔器进入孔中。可将泵站放在工作面,也可放在平巷内利用长距离高压软管输入。压注系统原理如图12.5所示。

(3)端头管理困难

大采高综采工作面端头管理困难,因此运输及回风巷最好沿底留顶掘进,这样有利于端头管理。但有些厚煤层顶煤留不住,因此常常采用沿顶留底的方法掘进平巷,在工作面端部留下较厚的底煤,使端头管理造成困难。为了有利于端头管理,应按下述原则留设底煤:自工作面中底板过渡到端部底煤高度应有一段缓和的曲面,使支架和输送机槽都能适应,否则会发生倒架、挤架、损坏输送机等事故;在工作面端部输送机机头位置,沿煤壁方向应有一段长3～4 m的水平底面,以便于输送机头的锚固和排头支架的稳定,同时,加强工作面端头支护和超前支护。加强支护的具体方法有:

图12.5　聚氨酯压注系统原理

1—动力设备;2、5—压注泵;3—逆止阀;4—三通阀;6—循环软管;7—高压软管;8—三通接头;9—搅拌器;10—钢管;11—密封器;12—辅助器;13—逆止阀;14—多异氰酸酯和多元醇聚醚容器;15—煤体

①上下端头的巷道末端采用丛柱切顶、挡矸;

②排头、排尾各三架支架,可用伸缩梁或护帮板作临时支护,其移架落后于中间支架一个步距,待移机头、机尾后再移架,使工作面梁端保持一致;

③工作面回风平巷和运输平巷采用单体液压支柱配铰板顶梁超前支护20 m,平行巷道架设,一般回风巷两排,运输平巷三排,均为一梁二柱。

(4)初采高度较小

大采高综采工作面初采高度较小,一般为3.5 m。在工作面推进到初次直接顶垮落后,逐渐沿走向将采高调整到全高。沿倾斜方向则在直接顶初次垮落之前,先将工作面两端7.5 m范围内的采高由巷道高度渐增至3.5 m。在直接顶初次垮落后,在工作面15～20 m范围内,将采高渐增至正常采高。严格控制采高,尽量做到不留顶煤,使支架直接支撑于顶板。实践证明,当大采高工作面留有顶煤时,往往由于顶煤的松动和冒落,使支架空顶,从而因支架顶部约束力减少而引起支架失稳倾倒。因此,当顶板出现冒顶时,应及时在支架顶部用木料接顶,背严刹紧,以有效地控制顶板。