对拉充填开采工作面关键技术在煤矿采煤中的应用分析.pdf

46/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺0 引言随着各地煤炭资源开采的进一步深入，煤矿采煤工作的重点已经转移至“三下”压煤资源开采模式，以往针对该模式开采所采用的固体充填开采相关技术在自动化和智能化程度上发展不足，产能受到严重制约，且产生的固体废弃物也造成了一定的污染1。为规避上述局限，有必要引入对拉充填开采工作面相关技术，并对其在采煤过程中的应用进行研究。1 项目概况某煤矿井田南北走向长度约 3.6km，东西走向长度约5.8km，面积约为 13.6km2。当前，该煤矿主要针对编号为 3404E 的工作面进行采煤，该工作面煤层平均厚度为2.87m，可采指数为 1.00，变异系数为 6.13%，整体较为稳定。通过前期勘查作业后发现，该区域断层问题较为突出，大于 1.0m 的断层有 30 条，且多条断层在工作面内发育为同一条断层，这种构造导致传统的固体充填开采相关技术受到限制。经过研究后决定，应用对拉充填工作面相关技术方法进行该区域煤炭资源的开采工作。2 对拉充填开采工作面方案布置及关键技术应用2.1 整体方案布置结合该煤矿目标开采区域的实际情况，在该区域上平巷布置运矸皮带，中间平巷布置运煤皮带，下平巷布置运矸皮带，工作面均布置常规充填支架，并错距布置转载输送机进行开采煤炭的输送。如图 1 所示，在开采过程中，对区域内的 A1 工作面进行割煤操作，在此期间，矸石经下平巷至下分面采空区进行充矸操作；在此步骤完成后，A2工作面进行割煤操作，如此往复进行循环作业。2.2 采充作业方案布置第一，对采煤作业进行优化。在本次对拉充填开采技术模式下，上部和下部两个工作面之间的充填与采煤作业错峰进行，共由两个采煤班承担任务：在第一个采煤班工作时，其下工作面采两刀煤，并进行一次充填，而该采煤班在上工作面采煤时，则采一刀煤，进行两次充填。第二个采煤班在下工作面采一刀煤，并进行两次充填，上工作面则采两刀煤并进行一次充填；配置检修班，循环和日进尺分别为 0.6m 和 3.6m。在此基础上，考虑到工作需要和冗余设计，确定在采煤作业中，必需的间歇时间为 30min；端头的作业时间为 38min，考虑到采煤作业中的其他影响时间则确定为 35min。第二，对充填作业进行优化。在本次煤矿采煤作业中，工作面采高为 3.3m，采煤机截深为 0.6m，工作面割一刀煤的体积为 1.98m3，按照该区域内煤炭的平均密度，可测算出一刀煤的质量为 2.77t。工作面的充实率对拉充填开采工作面关键技术在煤矿采煤中的应用分析张会军（山西铺龙湾煤业有限公司，山西大同 037100）摘要：为探究当前特殊条件下煤矿采煤如何安全高效进行，结合某地煤矿采煤工作的实际案例，从流程安排、支护措施选择和安全监测等方面着手，初步构建了符合实际需要的对拉充填开采工作面关键技术模式，并对该模式的应用效果展开测试。测试结果显示，该模式能够在确保安全生产的基础上，有效提高开采效率和固废回收利用效果，证明该技术模式具有一定的现实意义。关键词：拉充填开采；开采工作面；煤矿采煤图1 对拉充填开采整体方案示意图2023.7 矿业装备/47按照 90%进行设计，由此确定每进行一刀煤的开采，使用固体填充物 3.74t。在此基础上，进一步确定充填作业的其他主要参数：多孔底卸式输送机推移时间 1210s，充填物料及夯实时间 72s，落料间隔时间及故障时间1800s，工作面长度 88m。结合数据进行综合分析后可知，割一刀煤加上进行一次工作面充填的时间共计为 148min。在此基础上，考虑到 10min 的准备时间，最终确定单个采煤循环周期为160min，在此周期上，每天可进行6个循环周期的采煤作业。2.3 支护方式的选取考虑到该开采区域部分节点存在应力集中，技术人员经过研究后决定，采用对拉充填工作面错距段临时支护和超前支护相结合的方式进行，其基本示意图如图 2 所示。从图 2 可知，在采用临时支护和超前支护相结合的模式下，主要应用采煤过程中产生的废弃物进行直接填充，利用这些固体废弃物的力学性能而发挥支撑作用。在此基础上，技术人员引入液压支架共同进行支护，以提升支护效果。本次使用的液压支架高度范围在 24005500mm内可调，支护强度为 0.25MPa，能够满足预期需要。2.4 矿压监测措施的应用为实现对本次对拉充填开采技术模式下的安全监测，在本次技术应用中，技术人员对矿压监测方面较为重视，结合实际情况设计了较具针对性的矿压监测方案。首先结合有限元分析软件，对开采区域的应力进行分析。通过初步分析结果的应力分布可知，采煤区域的应力值最高点位于上下两个工作面靠近中间巷道的位置，最大值为 16.2MPa。据此，工作人员确定共计布置 10 台监测仪器，上下工作面各 5 台。在此基础上，为获取对拉充填采煤作业过程中的压力变化数据，工作人员进一步在工作面煤层内布置 50个钻孔应力计，上下两个工作面各布置 25 个，各个应力计的布置点位之间的间距则控制在 5m，所有应力计数据基于物联网和计算机设备进行实时采集、传输与显示。3 对拉充填开采工作面关键技术取得的效果分析3.1 应力监测结果分析为探究本次拉充填开采工作面相关技术在安全性方面的优势，测试人员首先进行应力监测，该监测主要基于传感器运行。在此基础上，按照上一章节中的测点布置方法进行布置，并进行应力监测。监测结果显示，此区域的应力值最大值为 13.8KPa，较技术模式采用前的 16.2MPa 相比已经明显降低。证明采用此种技术模式后，采煤区域的整体应力值明显下降，有助于进一步提高采煤工作的安全性。3.2 采煤效果对比分析为探究对拉充填开采工作面关键技术在采煤效率上的优势，测试人员选择该煤田其他地质条件高度类似的开采区域作为对照组，对照组仍采用传统的固体充填开采相关技术进行采煤作业，将两种模式下的主要指标参数进行对比分析。分析结果显示，传统充填模式下，生产能力为 46.35t/a，固废回收用量为 23.49t/a；对接充填模式下，生产能力为 50.47t/a，固废回收用量为 27.57t/a。从数据中不难看出，本次所采用的对拉充填开采工作面技术模式较传统的固体充填模式而言，其在两项主要指标上均有明显提升，证明其能够在一定程度上实现充填绿色开采和工作面采煤效率，也证明本次所研究的对拉充填开采工作面技术模式取得了初步成功。4 结束语本文结合某地煤矿实际采矿地质条件，通过相关分析，初步构建了符合当地实际情况的对拉充填开采工作面关键技术模式。在该模式下，对生产流程和相关安全管理措施等均进行了较为详尽的设计，并对该技术模式的应用进行实际测试。测试结果表明，本次采用的对拉充填开采工作面关键技术在实际效果上取得了一定优势，有望在后续的煤矿采煤工作中逐步推广应用。参考文献1 姚岐桦.矸石充填开采工作面矿压显现规律研究 J.山西化工,2022,42(2):175-177.图2 支护示意图