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巨厚煤层恒底式综放开采方法

开采方法

厚煤层分层恒底式上行顺序采煤法是将厚煤层划分为相当于中厚煤层的若干分层,各分层工作面依次沿煤层底板布置。第一分层工作面的顶板是实体煤,该分层工作面回柱放顶或移架后,上覆煤层垮落下沉,经注水压实,重新胶结后成为具有一定稳定性和强度的再生煤体。采完第一分层后,间隔一定时间,仍沿煤层底板在已垮落并胶结的煤体中重新布置工作面,此时第二分层工作面的顶板就是经过了一次垮落、破碎而又重新压实的煤体。待第二分层回采完成后,滞后一定时间,再沿煤层底板布置第三分层工作面,以此类推,直至沿煤层底板将厚煤层全部采完。

各分层工作面可以采用炮采、普采或综采工艺,为加速破碎煤体胶结,在炮采和普采工作面回柱放顶时,往往对采空区进行注水;综采工作面可以通过在回风巷内预埋注水管向采空区注水。


一般适用条件

该类工作面开采的共同特点是煤层松软,厚度变化大,易破碎,黏结性强,煤体冒落后,在上覆岩层重压及水或泥浆作用下,容易重新胶结,形成再生煤体,且煤层不易自燃,瓦斯含量不大的低瓦斯厚煤层。

该类工作面的顶板多为起伏不平,或软弱破碎,或是厚层坚硬砂岩。采用倾斜分层下行垮落法开采时顶板极难控制,或煤壁片帮严重,冒顶事故多,或定分层放顶后经常出现大面积悬顶,垮落块度大,中分层开采时,大块矸石错动,造成采场局部矿压显现增大,加上周期来压影响,经常发生冒顶。

采空区充满冒落的松散煤体,在不能保证工作面推进速度时,采空区浮煤极易自燃。瓦斯涌出量将成倍增加,由于整个煤体的松散破碎后释放的瓦斯涌入一个分层的采动空间。因而在高瓦斯煤矿或高瓦斯区应注意防止瓦斯积聚。

该方法要求煤层条件严格,仅限于在能够形成再生煤体的煤层条件下使用。我国一些煤矿在以上开采条件下采用了恒底式采煤法,在顶板管理、安全生产、回采巷道掘进和维护方面均获得了良好的经济技术效果,提高了机械化水平、采出率、单产和工效,降低了厚煤层灰分和坑木消耗。


应用实例

开滦荆各庄矿在20世纪70年代~80年代进行过恒底分层上行采煤法的开采,8年间采用过炮采、高档普采和综采。

兖州大统煤业杨庄煤矿开采煤层厚度6.18m~8.05m,平均厚度8.0m,低瓦斯煤层,自燃发火期3~6个月,煤层倾角0~6°,煤层顶板为砂岩,已风化,中硬,顶板上覆即为第四系下组松散层水,煤层顶板距第四系底界面5.6~19m,大部为11m。采用恒底式采煤法,沿煤层底板开采,保留顶煤,相当于增加了工作面直接顶的厚度,有利于对采空区的充填,最重要的是增加了防砂煤岩柱的厚度达6m,使得工作面防砂煤岩柱达12.6m(采高2.2m,需12.6m)以上,保证了采煤工作面安全回采。


发展创新

山东科技大学(发明专利CN103726846A)提出了一种上行分层开采特厚、巨厚煤层的采煤方法(下分层回采充填后再回采上分层)。首先对特厚、巨厚煤层进行合理划分,然后分别对下分层工作面进行开采与充填、充填效果及顶板运移进行分析,最后逐步向上开采各分层,直至完成所有分层的充填开采。该方法具有低下沉量、资源利用率高、对地表形态影响较小等特点,同时能够有效的控制煤层自然发火、瓦斯涌出等灾害的威胁,对“三下”或者需要进行地面保护的特厚、巨厚煤层的高效开采具有重要的指导意义,可实现矿井的可持续发展和绿色开采。

在恒底分层综采上行开采方法的基础上,针对新疆巨厚煤层的特点,天地科技股份有限公司提出了恒底分层综放开采技术,该技术方案与恒底分层综采方案类似。

巨厚煤层分层恒底式上行顺序采煤法是将巨厚煤层划分为相当若干分层,各分层综放工作面依次沿煤层底板布置。第一分层工作面的顶板是实体煤,该分层工作面回采后,上覆煤层垮落下沉,经注水压实,重新胶结后成为具有一定稳定性和强度的再生煤体。采完第一分层后,间隔一定时间,仍沿煤层底板在已垮落并胶结的煤体中重新布置工作面,此时第二分层工作面的顶板就是经过了一次垮落、破碎而又重新压实的煤体。待第二分层回采完成后,滞后一定时间,再沿煤层底板布置第三分层工作面,以此类推,直至沿煤层底板将巨厚煤层全部采完。


优缺点

该方法的优势在于第一分层的回采,由于顶煤厚度特别大,可以实现放顶煤自动化,不存在煤矸识别的问题,可以采用定时间或定量控制来实现顶煤的回收,提高工作面的自动化程度。

该方法的缺点与前述类似,要求煤层具备能够形成再生煤体的煤层条件,煤层不易自燃、瓦斯含量不大;该方法后续分层综放开采时,相当于复采工作面,煤层片帮和端面漏冒会比较严重,将会严重影响工作面的高效回采,无法实现矿井的稳产。

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