下行回撤技术研究报告.docx
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下行回撤技术研究报告
天祝煤业公司2012年科技项目研究成果报告。
项目名称:
大倾角倾斜综放工作面下行回撤技术研究
实施单位:
天祝煤业公司
2012年9月14日
目录
一、工程背景与研究的目的和意义……………………………………3
二、天祝煤业公司采煤工作面状况……………………………………3
三、工作面回撤需克服的技术难题……………………………………4
四、大倾角下行回撤需攻克的技术难题和管理要求…………………5
五、大倾角下行回撤技术研究与实践…………………………………6
1、工作面的撤除空间………………………………………………6
2、大倾角下行回撤通道顶板支护工艺……………………………6
3、工作面回撤前的主要准备工作…………………………………7
4、工作面大倾角下行回撤方案……………………………………8
5、工作面大倾角下行回撤支架设备撤除顺序……………………8
6、工作面大倾角下行回撤设备安装………………………………10
7、回撤通道空间支护………………………………………………11
8、主要安全技术措施……………………………………………12
六、大倾角下行回撤技术成果………………………………………12
七、大倾角下行回撤技术需要改进之处………………………………13
八、大倾角下行回撤技术适应范围……………………………………13
一、立项背景与研究的目的和意义
从我国目前地下开采技术发展趋势来看,综采是采煤工艺发展的重要方向,它具有高产、高效、安全、低耗以及劳动环境好和劳动强度小等优点。
综采工艺已在煤矿开采中成功应用多年,不仅提高了煤矿地下开采的机械化水平,而且减少了工作面顶板事故的发生,但综采工作面的收尾回撤相对炮采和高档普采也存在不足。
一方面综采回撤的设备多、体积大、重量重,另一方面综采工作面支架需要抽架后转向,支架前梁到煤帮留有1.8-2.4m的抽架转向空间,在该空间内打设锚网索带支护,相对控制顶板效果差,材料投入多,劳动强度大,在回撤过程中回撤通道维护困难,顶板易垮落,造成作业断面的减少而影响通风,使作业场所瓦斯和煤尘浓度高,风速超限,容易导致一些安全事故的发生,所以传统综采工作面按从下向上收尾回撤,不但耗费大量的人力和物力,而且在支架回撤后抽段顶板、通风通道易变形收缩,不利于顶板维护,而且在回撤地点采用局部通风和通风容易造成瓦斯积聚,给回撤工作带来了较多安全隐患。
综采(放)工作面大倾角下行回撤技术是天祝煤业公司近两年来在工作面支架回撤过程中实施的一项新技术,打破了工作面传统的从下向上支架撤除工艺,天祝煤业公司先后在3226下、31100S、31101工作面回撤过程中对此项新技术进行了大胆创新与实践,使用该技术使工作面回撤地点始终处于全风压通风状态,解决了上隅角瓦斯超限的问题,为综采支架的回收方式探索了一条新途径,并得到了很好的应用,不但节约了回撤时间,提高了安全系数,而且有利于节约回撤成本和提高生产效率,给煤矿开采带来了良好的经济效益,提供了安全保障,工作面倾角在18—35°之间。
二、天祝煤业公司采煤工作面状况
天祝煤业公司工作面采煤方式为后退式采煤,上中层煤一次采全高,采用全部垮落法管理顶板。
煤层松软,普氏系数<1.2,伪顶平均厚度为300mm左右的黑色炭质泥岩,易脱落,底板为灰色泥岩,平均厚度0.8米,遇水易松软。
回撤通道(倾斜巷道)矿压显现规律
I、原岩应力带:
显现轻微,一般不受破坏。
II、开始变形破坏严重,移近速度达10~30mm/d,峰值区严重。
III、边缘卸载带:
煤体破坏,应力降低,向平衡过渡,移近量仍较大。
天祝煤业公司回撤通道顶板直接顶与老顶每周下沉量示意图(资料)
3、工作面回撤需克服的技术难题
1、支架在抽架后大倾角综采面上转向时预防侧架的技术困难,上出口巷道收缩严重,顶板下沉量大,如果采用下底或扩帮进行处理,会加剧巷道变形收缩,带来很大安全隐患。
2、在大倾角通道内支架向下拉走时预防支架防滑防跑技术,回撤通道倾角大,平均坡度达23°,如果采用从下向上回撤支架,支架抽架转向时需用绞车牵引,工序繁杂,整加上拉,55KW绞车提升能力不够,容易发生断绳伤人事故。
3、在支架下拉过程中预防拉运大量积碴的预防措施。
4、在大倾角工作面支架卸载后的技术方面研究解决下出口积水的问题。
5、支架回撤后即要求老塘冒落,又要维护回撤通道,如何确定冒落步距和采取相应措施。
4、大倾角下行回撤需攻克的技术难题和管理要求。
1、回撤通道无架区悬顶面积大,需采取措施加强支护顶板。
2、采用带压抽架技术,不让顶梁与顶板直接分离,使其相互作用间有一个作用力,增大摩擦,防止抽架过程中支架滑倒。
3、抽架时支架注液加压必须远距离操作,转向后在通道内先对支柱液压远距离卸压回缩立柱,再开启绞车牵引。
4、严禁作业人员进入钢丝绳受力范围内,指挥人员必须进入未回撤区域支架架箱内远距离观察,防止发生事故。
5、支架在通道内牵引时上、下绞车必须保持同步运行,绞车司机必须相互配合,控制好松、紧绳适度。
6、回撤通道倾角大,支架从上向下回撤,顶板随支架拉架后自行垮落充填,在回撤支架上方形成充填带,回撤支架时必须打好上方切顶线抬棚,为下方支架回撤预留足够转向空间。
7、当支架上方顶板冒落不充分需要强制放顶时,必须设置好警戒,严格执行相关安全技术措施。
8、回撤通道底板为灰色泥岩,遇水易松软,支架牵引时阻力大,需对底板进行硬化处理。
五、大倾角下行回撤技术研究与实践
1、工作面的撤除空间(以ZF4800支架参数计算,其它型号支架可参照此方法计算)
1)空间高度
H=h1+h2+h3+h4+h
式中:
H—拆除液压支架的空间高度,m;
h1—液压支架拆运基面高度,h1=0.3m;
h2—液压支架收缩后的最小高度,h2=1.8m;
h3—液压支架运搬安全间隙,取0.2m;
h4—液压支架顶架底突出面至顶板最大处厚度h4=0.3m;
h—预计顶板下沉量,h=0.2m;
所以:
H=0.3+1.7+0.2+0.3+0.2=2.8m
2)空间宽度
B=L1+L
11=
Lb
式中:
B—液压支架底座前端至煤壁距离;
L1——液压支架顶梁前端至煤壁距离距离,L1=2.4m;
L1′——液压支架顶梁伸出底座的长度,L1=2.1′m;
Lb——液压支架收缩为最小高度时的长度,Lb=6.7m;
所以:
B=4.5m(支架顶梁至煤帮2.4米)
2、大倾角下行回撤通道顶板支护工艺
为加强工作面的顶板管理,天祝煤业公司对工作面回撤空间顶板采用锚网索带支护,当工作面停采后开始做通道时,工作面推进12米必须将回撤通道构建完毕,在开始的6米范围内全工作面铺设单层菱形金属网(顶板破碎时挂双层网),采用锚网支护顶板;当采至6米时开始铺设双层菱形金属网,顶部均采用锚网钢带支护,钢带长4米,排距0.6米,钢带沿倾向铺设;当采至9-12米范围内时,顶部均采用锚杆(索)网钢带支护,与金属网接茬处必须可靠连接,金属网一直敷设至回撤通道结束,金属网茬子搭接长度不小于100mm。
锚杆间排距:
800×600㎜,锚索间排距:
2.4×1.2m,锚杆采用直径22㎜,长2.4m的螺纹钢锚杆,锚索采用直径17.8㎜,长5.3m的钢绞线锚索(锚索间排距可根据顶板实际情况增大或减小).
当工作面回采至停采线2.4米时,停止移架,采煤机继续割煤且推移刮板输送机,伸出液压支架伸缩梁,以控制暴露的顶板;割第二片帮前,将推移装置脱开,改用单体支柱以支架底座为支点推移前部刮板输送机,先推溜后割煤,同时,仍全部有效地使用输送机防滑装置;当回撤通道最后割完后,在每付支架上,沿走向架设直径不小于18㎝,长3m的半圆木,半圆木一侧架在支架前梁上,另一头架在煤壁侧的单体支柱上,棚距1.5米。
回撤通道完成后,在工作面煤帮挂单层金属网并打铁锚杆加固,以防止片帮,锚杆间排距为1.0×1.0m。
3、工作面回撤前的主要准备工作
1)、从工作面距停采线12m处起,工作面必须严格执行“三直、两平”的质量标准进行收尾停采(即煤帮直、液压支架直、输送机直、顶板平、底板平)。
为了保证回撤时有足够的空间,而且不至于把液压支架压死,必须保证液压支架活柱的伸出量不少于600㎜(即回撤通道高度必须达到2.8米)。
2)在进风巷施工一吊装峒室(里檐子距停采帮10m),并在做回吊装硐室长度为5米,宽度5米,高度5.5米,采用码放木垛支护,在木垛上安装起吊梁及两台电动葫芦(吊装硐室位置、规格、支护方式可视实际情况而定)。
3)、工作面回采至距停采线3.0m时,割煤过程中工作面下底回采,在最后沿走向2.4m范围内必须使底板下底深度达到300㎜,并将下出口7.5米范围采用下底回采制作成平巷,作为下拉支架缓冲地段,并割成圆弧过渡至工作面。
在回撤通道完成、前溜拆除后在吊装硐室至回撤通道下端30米范围将通道底板用C3O混凝土进行硬化,硬化厚度300㎜,宽度为从距煤帮300㎜开始向老塘侧2m。
4)、在工作面回风石门和进风车场分别安设一台局扇,并悬挂风筒至回撤通道处,以便回撤支架通风之用。
5)、端头支护撤除后,在原端头位置的巷道下帮施工一水仓,并安装水泵排水。
6)、在进风巷安装临时乳化液泵站一台(两泵一箱)。
7)、工作面停采时,在下出口做好三角缺口,长×深×高:
3×1.2×2.8米,将回撤通道与运输顺槽上帮交叉处做成弧形。
4、工作面大倾角下行回撤方案
工作面进风巷所有设备从进风巷装车回收出井;前后部刮板输送机及附属部件(挡煤板、齿轨等)采用从上向下的顺序,分件拉移至下出口至吊装硐室装车外回;端头支架拉移至掩护梁超过下出口以外1米处解体,分件拉移至吊装硐室装车回收出井;工作面液压支架采用从上向下顺序拉移至下出口至吊装硐室解体装车运往地面,过渡架拉移至吊装硐室解体装车运往地面。
5、工作面大倾角下行回撤支架设备撤除顺序
当综采工作面回撤通道制作完成后,即可进行设备的撤除工作,其顺序为:
进风巷皮带
设备列车进风巷转载机——采煤机-----前部刮板输送机———端头支架——工作面及进风巷铺设轨道、硬化底板——工作面基本支架和后部刮板输送机——过渡架----乳化泵站---皮带剩余部件及两道支护用品、轨道等。
1)、端头支架的撤除`
①为保证端头支架的安全撤除,工作面首先撤除端头支架。
端头支架空架外拉6米,即端头支架外拉至后立柱距回撤通道1.2米时开始解体。
端头支架每向前拉0.6米,必须在架后采用单体液压支柱配合木柱帽支护顶板,当拉移步距达到1.5米时,必须在架后架设木垛,端头支架拉移到拆除位置后在原端头支架位置码设6付木垛,用于支护下端头。
②端头支架拉移到位后,按先左右副架,后主架从前向后的顺序进行分件解体撤除。
端头支架分解成最小几何尺寸拉移到吊装硐室装车外运。
2)、工作面支架的撤除
回撤支架时,按照从上向下的顺序逐架进行,方法是:
先将液压支架伸缩梁、侧护板收回,采用带压抽架技术,不让顶梁与顶板脱离接触,使其相互作用间有一个作用力,增大摩擦,防止抽架过程中支架滑倒。
用自身动作配合单体支柱将液压支架沿垂直煤壁方向拉出1.7—2.0米,再使其旋转90度,然后上出口绞车绳头连接在支架尾梁上,利用单体配合将滑靴穿在支架底座上,用大链将滑靴与支架底座绑扎牢固,并将支架降到最低高度,再利用上、下出口绞车及滑轮组将支架沿工作面底板拉到下出口(上出口绞车绳头连接在支架尾梁上,下出口绞车绳头连接在架前底座上),然后利用进风巷慢速绞车拉移至吊装硐室解体装车外运。
3)、处理工作面死架的方法
当回撤通道顶板压力增加,将待拆除的支架压死时,即前后立柱活柱均无行程,用绞车、抬底座千斤顶及单体柱都回不出支架。
为此采用放炮卧底的方法:
在支架底座下,向老塘侧打炮眼,炮眼深度1.2m-1.5m,通过放炮将底座下煤岩清除,使支架有升降空间,以使其脱离顶板。
放炮前,要在支柱柱脚前支设2根圆木,防止支架向前突然窜出。
6、工作面大倾角下行回撤设备安装
1)、在工作面运输顺槽下帮正对回撤通道位置扩掘绞车房,安装一台JD-55型调度绞车用于回撤工作面设备,同时在绞车前方埋设串挂导向滑轮的锚链(220型刮板机¢30圆环链)。
2)、在吊装硐室以外安装JM-20型慢速绞车1台,用于拉移支架设备及其部件(当工作面进风顺槽出现上坡或下坡时,可根据具体情况确定绞车位置、型号和数量)。
3)、在工作面上口距停采帮1米处上帮安装一台25KW绞车一台,在前方埋设大链,安装导向滑轮,用于拉移滑靴,同时配合下出口绞车拉移支架。
7、回撤通道空间支护
工作面第一付支架撤除前,必须在无架区码设木垛支护顶板(木垛数量和间距视无架区宽度而定,没有无架区时可不码设木垛),使无架区处于最小空顶距状态。
在工作面第一付支架撤除后,紧挨无架区木垛沿走向码设三付木垛,间距3米,外侧木垛至煤帮1.4米。
工作面顶板在回撤过程中采用边回撤边冒落的方法。
回撤通道木垛成单排码设(顶板破碎时可码设双排木垛),倾向间距为5米(中对中),并在木垛与煤帮间打设撑木,撑木采用方木,在木垛一头竖立一根方木,将撑木撑在木垛方木与煤帮之间。
同时在木垛之间沿走向打设戴帽点柱,柱距为1m,柱子采用直径不小于18㎝的圆木,柱帽采用直径不小于22cm的半圆木控制顶板,以确保回撤过程中的通风、行人等,待液压支架全部回撤结束后再回收木垛。
同时在回撤支架时,在待回撤支架上方2米和2.8米处沿走向切顶线打设2排抬棚(利用单体支柱配合长度为2.6米的花边钢梁或长度为2.5米的半圆木架设),抬棚间距1米,待撤支架回撤后,抬棚及时下移,如此循环。
如果支架撤除距离达到6米后上段顶板仍不冒落时,要采用人工强制放顶的方法使其冒落,冒落线至回撤支架的最大距离为3米。
8、主要安全技术措施
1)检修人员要认真检修绞车、钢丝绳的完好情况。
2)现场指挥人员一定要切实负责绞车司机要相互配合,确保施工安全。
3)每个环节的施工人员一定要在邻架箱体内操作,其他人员躲在距离施工地点至少10米的安全地点,支架向下运输时,支架下方回撤通道内严禁有人工作,人员必须在架箱内行走。
4)在拆除过程中,要及时清理回撤通道底板上的浮煤、浮碴,并对底板进行平整,以保证支架运输安全畅通。
六、大倾角下行回撤技术实施效果
1、通过合理组织,下行回撤技术大大缩短了工作面回撤工期,通过将下行回撤时间比与上行回撤时间比较,3226下、3100S、31101工作面回撤工期分别缩短了6天、7天、6天;工作面回撤过程中未出现滑架、倒架及其它安全事故,技术可行,达到了预期效果。
2、回撤空间采用码设单(双)排木垛配合切顶线抬棚支护,既降低了职工作业强度,保证了人员安全,又提高了撤架速度,具有较好的借鉴意义。
3、安全状况:
无发生轻伤及以上人身事故,实现了工作面回撤过程中安全状况的根本好转。
4、过将下行回撤效果比与上行回撤效果比较,采用下行回撤方式,取得了良好的经济效益(3226下工作面回撤材料费节约6.7万元,人力资源成本节约7.1万元,31100S工作面回撤材料费节约8.2万元,人力资源成本节约7.5万元,,31101工作面回撤材料费节约6.9万元,人力资源成本节约7.4万元)。
七、大倾角下行回撤技术需要改进之处
采用下行回撤,工作面作业水和老塘侧采空区积水容易流到下端头,给工作面回撤工作带来不便,需要完善排水设施和配足排水配备进行排水,当水量较大时,必须制定切实可行的排水方案,避免工作面回撤过程中发生水害事故。
八、大倾角下行回撤技术适应范围
1、回撤通道倾角较大的工作面,特别对坡度为18-30°的工作面。
2、回撤通道上出口及回风顺槽巷道断面较小或矿压显现明显的工作面。
3、支架尺寸较大,对运输系统要求的高瓦斯采区工作面。
4、回撤通道顶板破碎,回撤空间不易维护的工作面。
5、回撤通道底板为泥岩、粘土岩等软岩遇水易松软的工作面。
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