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易自燃厚煤層綜放工作面快速搬遷技術(shù)*

2014-12-31 09:04:58劉岷學(xué)王文星
西安科技大學(xué)學(xué)報 2014年6期
關(guān)鍵詞:綜放刮板采煤機(jī)

劉岷學(xué),王文星

(陜西長武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司,陜西 咸陽713500)

0 引 言

彬長礦區(qū)某煤礦的4#煤層為Ⅰ類易自燃的特厚煤層,采用綜采放頂煤方法開采。提高工作面搬遷速度,確保搬遷期間的安全對礦井安全正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益都具有重要意義,因此一些礦井針對其工作面具體條件已經(jīng)對如何實現(xiàn)快速搬遷問題進(jìn)行了大量研究。由于下溝煤礦綜放開采的4#煤層的自燃發(fā)火期很短,一般為3 ~5 個月,最短只有27 d,因此工作面搬遷期間的防滅火問題非常突出。下溝煤礦綜放工作面要實現(xiàn)快速搬遷存在的主要問題有

1)工作面開采的4#煤層為Ⅰ類易自燃煤層,自然發(fā)火期短,工作面自然發(fā)火的危險程度高,工作面回撤期間的防滅火壓力很大;

2)由于礦井原設(shè)計生產(chǎn)能力小,因此礦井主要巷道的斷面小,致使目前先進(jìn)的綜采工作面大型快速搬遷設(shè)備無法使用,只能采用自制的中小型的軌道運輸搬遷設(shè)備;

4)采用常規(guī)回撤設(shè)備進(jìn)行回撤,運輸線路復(fù)雜,而且運輸距離長、運輸環(huán)節(jié)多、調(diào)向頻繁、工期長、勞動力浪費,運輸支架的車輛易發(fā)生掉軌事故,甚至發(fā)生倒車倒架事故,嚴(yán)重威脅人員安全。

以4403 綜放工作面為具體研究對象,采用理論分析和現(xiàn)場試驗方法對綜放工作面快速搬遷技術(shù),特別是搬遷期間的防滅火技術(shù)進(jìn)行了研究。研究布置了工作面專門回撤通道,并對專門回撤通道采取了高強(qiáng)度的“錨- 網(wǎng)- 帶”聯(lián)合支護(hù)技術(shù);工作面搬遷中采用自主研發(fā)的雙軌四吊搬運機(jī)來運輸支架;采用注氮、黃泥灌漿、注射高分子膠體及頂板掛設(shè)風(fēng)筒布堵漏風(fēng)等綜合防滅火技術(shù)[1-4]。現(xiàn)場試驗表明,采用這些技術(shù)能保證下溝煤礦綜放工作面的順利快速搬遷。

1 試驗工作面基本條件

研究試驗快速搬遷技術(shù)的4403 綜放工作面位于下溝井田西翼,工作面的走向長度1 800 m,傾斜長度187 m,工作面南側(cè)為采空區(qū)、北側(cè)為接續(xù)工作面。

4403 綜放工作面要回撤的主要設(shè)備有:1 臺MG300/700 -WD 型采煤機(jī)、1 臺SZZ960/400 型轉(zhuǎn)載機(jī)、1 臺PLM2200 型破碎機(jī)、1 組TZ13000/23/34 型的端頭支架、6 付G9200/19/33H 型的過渡支架、117 付9200/18/33 型 的 基 本 支 架、2 臺SGZ800/800 型的刮板輸送機(jī)、SSJ1200/2* 315 型伸縮皮帶機(jī)1 部。

2 綜放工作面搬遷技術(shù)

2.1 回撤方案優(yōu)化

方案一:采用常規(guī)的方法回撤,即采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)沿回風(fēng)巷→運輸巷→進(jìn)風(fēng)行人斜巷→泄水巷的線路回撤,液壓支架沿回風(fēng)巷→404 軌道下山→綜放4404 回風(fēng)巷→運料行人斜巷的線路進(jìn)行回撤。

方案二:布置一條專用的回撤措施巷進(jìn)行回撤,即采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)回撤線路與方案一基本相同,而工作面支架則通過回撤措施巷→綜放4404 回風(fēng)順槽來直接運出工作面。

通過分析對比不難發(fā)現(xiàn):方案一的液壓支架運輸線路長,環(huán)節(jié)多,工期長;需要增加3 臺絞車,需要增加運輸人員12 人/班;支架調(diào)向頻繁,運架車輛極易出軌、倒車倒架,甚至發(fā)生事故,安全性相對較差。方案二可減少運輸環(huán)節(jié),減少了需要的勞動力,但提前是必須施工15 m 的專用回撤措施巷,同時工作面的密閉工程量較大。綜合分析考慮,為了縮短回撤工期,防止搬遷期間發(fā)生自然發(fā)火災(zāi)害,提高工作面搬遷的安全性,采用方案二進(jìn)行回撤,回撤措施巷的布置方式如圖1 所示。

2.2 專用回撤巷道的施工工藝技術(shù)

專用回撤巷道的掘進(jìn)斷面為:高度3.1 m,寬度4.0 m,巷道總長度約為187 m.

這個賽十娘還是不依不饒。我感覺她湊近了瞄我,就睜開眼瞪著她。她收起笑聲,一本正經(jīng)地說:“哎,你莫說,他跟你還真有點兒像呢。”

當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線4 m 時,面內(nèi)的液壓支架不再向前推移,脫開前溜上的推移桿,采用單體液壓支柱配合枕木來推移前溜,利用采煤機(jī)進(jìn)行割煤,而形成回撤通道。

2.3 回撤巷道支護(hù)技術(shù)

專用的回撤巷道采用“錨-網(wǎng)-帶-索”聯(lián)合支護(hù)方式?;爻废锏啦捎米笮裏o縱筋螺紋鋼筋錨桿支護(hù),錨桿直徑φ22 mm,桿體長度2.4 m,使用高強(qiáng)度自鎖螺母。錨索長度7.3 m,采用φ19. 6 mm,1 ×19 股的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,使用調(diào)心球型墊板。要求錨桿的預(yù)緊扭矩應(yīng)該達(dá)到400 N·m/根以上,錨索的張拉預(yù)緊力為200 ~250 kN/根[5-7]。專用的回撤巷道的“錨- 網(wǎng)- 帶-索”具體支護(hù)參數(shù)如圖2 所示。

2.4 快速搬遷工藝

1)設(shè)備回撤工作的順序。運輸巷:皮帶機(jī)和相關(guān)電氣設(shè)備→轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)→超前支護(hù)和軌道→泵站設(shè)備及電纜等;回風(fēng)巷:前后刮板輸送機(jī)的機(jī)尾→后刮板輸送機(jī)和部分前刮板輸送機(jī)的溜槽→超前支護(hù)設(shè)備和軌道及絞車;專用回撤巷道和泄水巷:采煤機(jī)→部分前、后刮板輸送機(jī)→托纜槽→液壓支架;

圖1 搬遷措施巷道布置示意圖Fig.1 Roadway layout for the relocation

圖2 設(shè)備回撤通道支護(hù)方式示意圖(mm)Fig.2 Roadway support mode for the equipment remove(mm)

2)快速搬遷工作的勞動組織形式。所有回撤工作采用平行作業(yè)與交叉作業(yè)相結(jié)合的勞動組織形式,從三個回撤巷道里同時回撤設(shè)備;

3)采煤機(jī)回撤。施工好回撤巷道后,將采煤機(jī)開到工作面下出口附近,先進(jìn)行解體,再使用液壓支架的前梁配合手動葫蘆進(jìn)行起吊和裝車,然后再從泄水巷里運出來;

4)轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)回撤。先拆除面內(nèi)的電纜和開關(guān),然后再依次對破碎機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行解體,之后使用運輸巷里安設(shè)的20 T 回柱絞車進(jìn)行起吊裝車,最后從進(jìn)風(fēng)斜巷里運出來。拆移刮板輸送機(jī)之前,需要先拆除工作面內(nèi)的電纜、風(fēng)管和水管,再進(jìn)一步拆除前、后部刮板輸送機(jī)上的啞鈴銷子、齒軌、托纜槽等附件,然后再拆卸機(jī)頭、機(jī)尾的驅(qū)動裝置,最后用工作面端頭安裝的5 T 回柱絞車?yán)屏锊郏⒀b車運出來;

5)回撤工作面的液壓支架?;爻芬簤褐Ъ苁构ぷ髅姘徇w中的主體工作。面內(nèi)液壓支架要需從機(jī)尾向機(jī)頭方向依次進(jìn)行回撤。先利用回撤巷道內(nèi)預(yù)先安設(shè)的32 T 回柱絞車,配合10 T 滑輪組將第123#液壓支架強(qiáng)拉至回撤巷道內(nèi),之后在工作面上端頭支設(shè)木垛進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),并需要預(yù)留好回風(fēng)通道。采用相同方法將第122#,120#,121#支架依次拉至回撤巷道內(nèi)。第122#,121#支架裝車外運時,第120#支架就作為掩護(hù)支架來支護(hù)頂板;支架回撤過程依次不斷向下前移。三角區(qū)的頂板需要采用2.5 m 單體液壓支柱配合1.0 m 鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù),排距為1.5 m,間距為1.0 m;共布置4排單體液壓支柱,采用“先支后回、見五回一”的替換方式[8-10]。在回撤巷道靠煤壁一側(cè)需要支設(shè)木垛支護(hù),以確保液壓支架回撤時的回風(fēng)通道暢通。采用自行研制的雙軌四吊專用支架搬運車進(jìn)行支架搬運,使用支架具有運送效率高、速度快、安全可靠的優(yōu)點,實踐表明完全可以替代一般的專用液壓支架搬運車。自行研制的雙軌四吊車如圖3所示。

圖3 自行研制的雙軌四吊液壓搬運車Fig.3 Self-developed four-track vehicle

3 回撤期間的綜合防滅火關(guān)鍵措施

1)進(jìn)行束管監(jiān)測。在回風(fēng)巷內(nèi),依次距停采線70,50,30,10,0 m(上隅角)處預(yù)埋束管監(jiān)測點,在運輸巷內(nèi)距停采線90,60,35 m 處預(yù)埋束管監(jiān)測點,監(jiān)測采空區(qū)標(biāo)志氣體含量的變化情況;

2)進(jìn)行開放式的注氮防火。在運輸巷和回風(fēng)巷里,向后方的采空區(qū)預(yù)埋注氮管路,進(jìn)行采空區(qū)注氮[11],并且配合氮氣泡沫知道抑制遺煤自燃作用;

3)合理留設(shè)阻隔煤墻技術(shù)。在工作面推進(jìn)至距停采線90 m 時開始調(diào)整工作面推進(jìn)坡度,先采用6°坡度仰斜推采15 m,然后再水平推采30 m,再5°坡度俯斜推采17 m,最后水平推采至工作面的停采線處。在采空區(qū)內(nèi)留設(shè)的阻隔煤墻能使黃泥灌漿漿液更好地停留在停采線附近的采空區(qū)氧化帶區(qū)域內(nèi)[12],并使采空區(qū)氧化帶內(nèi)的大多數(shù)浮煤被泥漿所包裹;

4)在工作面運輸巷和回風(fēng)巷內(nèi)間隔一定距離設(shè)置綜合隔離墻。當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線50,30 及10 m 時,在工作面上隅角處,使用沙袋堆筑厚度2 ~3 m 的隔離墻,在墻內(nèi)注射MCJ12 高分子膠體材料,形成沿工作面走向?qū)? ~5 m,沿傾向長10 ~15 m 的隔離墻。當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線80,50 及20 m 時,在工作面下端頭運輸巷內(nèi)注射MCJ12 高分子膠體,形成沿工作面走向?qū)? ~5 m,沿傾向長10 ~15 m 的隔離墻。在隔離墻外側(cè)需要壓設(shè)沙袋墻。這樣,可以較好地解決由于工作面上下兩端頭采空區(qū)頂板垮落相對不夠充分而易于漏風(fēng)的問題;

5)進(jìn)行采空區(qū)黃泥灌漿。

4 結(jié) 論

1)設(shè)置專用的回撤措施巷道,并且優(yōu)化液壓支架的運輸線路和環(huán)節(jié),是實現(xiàn)工作面快速搬遷順利完成的重要技術(shù)措施;

2)采用高強(qiáng)度的“錨-網(wǎng)-帶-索”聯(lián)合支護(hù)方式支護(hù)回撤措施巷道,為設(shè)備回撤提供了安全保證,使用效果良好;

3)采用束管監(jiān)測、注氮氣、合理留設(shè)阻隔煤墻來調(diào)整回采坡度、構(gòu)制隔離墻、黃泥灌漿等綜合技術(shù)措施的防滅火效果良好;

4)自主研發(fā)的雙軌四吊支架搬運車的支架裝車、運輸方便,搬運速度快,使用效率高,完全可替代常規(guī)的大型專用支架搬運車。

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