国外厚煤层开采和安全技术现状

第5期东北煤炭技术N o.5 1996年10月 Coal T echno logy of N o rtheast Ch ina O ct.1996国外厚煤层开采和安全技术现状辽宁煤炭工业管理局　邱振先 摘　要　介绍了国外厚煤层开采和安全技术的现状,及国内厚煤层开采技术在国际上的水平。

关键词　厚煤层　采煤方法　综采设备　综采放顶煤 所谓“厚煤层”是指厚度大于315m的煤层。

厚煤层开采所遇到的矿山压力、冲击地压、瓦斯、发火、热害、水害等技术问题比薄煤层和中厚煤层复杂得多。

国外厚煤层开采的主要技术经济指标与薄煤层和中厚煤层相比亦有很大差距。

我国东北地区煤炭战线的科技工作者通过对联合国开发计划署援助的《厚煤层开采的先进技术与安全》项目的实践,对国外厚煤层开采的技术现状和我国厚煤层开采技术水平及其在世界上的地位也有了一定程度的认识。

1　采煤工作面单产世界纪录、高产工作面和各国的国内纪录几乎都是在中厚煤层创造的 1990年,美国伊利诺思州固本煤矿公司25号矿创长壁工作面月产37万t(22d)、平均日产16818t的世界纪录。

1993年,美国科罗拉多州二十英里矿创长壁工作面班产16307t(10h),日产28801t,月产54万t的世界纪录,1994年又创月产60万t的世界纪录。

该工作面煤层厚219m,采高216m。

1993年,美国固本公司路福克矿创月产55万t的纪录。

1994年11月,美国大山(M oun tain)公司西麋(W est E lk)矿创班产(10h)21387t,日产45375t的纪录。

1995年6月,美国宾夕法尼亚州卡泊尔兰结矿创长壁工作面月产5713万t精煤的世界纪界。

美国现有80个长壁工作面,1994年长壁面产量1812118万t,其中煤层最厚的是7101m,采高最大是3196m(西麋矿)。

抽样调查33个矿,最大采高3105m,最小采高1147m,平均采高2113m。

我们考察的怀俄明州舒舒尼(Sho shonee)矿,煤层厚6m,只采315m。

澳大利亚现有长壁工作面25个,采高1165～312m。

长壁面平均单产180万t,1993年新南威尔士州巴尔波尼(B aal Bone)矿长壁面单产达到300万t,煤厚2～4m。

英国1992 1993年度有83个长壁工作面,工作面平均日产2230t,1994年产量最高的威尔贝克(W elbeck)矿综采面平均日产10405t,采高212m。

波兰是厚煤层赋存较多的国家,最厚的达60m,1995年产硬煤1138亿t,厚煤层产量占13%。

有398个采煤工作面,工作面平均日产1680t。

采用冒落法和充填法的采煤・3・工作面各占一半。

但是产量最高的10个工作面都是冒落法一次采全高的工作面(采高为2103～2185m),产量最高的柴超特矿综采工作面,1993年12月平均日产原煤达到8211t。

德国1994年产硬煤519815万t,其中鲁尔产量4170万t。

鲁尔现有采煤工作面7118个,平均工作面日产2176t。

全国综采工作面平均采高1181m,采高大于315m的工作面只有3个。

南非1994年产煤1195亿t,井工矿产量占60%,共有14个长壁工作面,其中采高112m以下的3个面,采高112～215m的3个面,采高215～315m的8个面,采高大于315m的煤层主要采用房柱法开采。

上述情况说明,国外厚煤层的开采目前还不占主导地位,在技术上还有许多问题没有解决。

尽管如此,国外在厚煤层机械化开采方面还是做了不少有益的探索,有的主要技术经济指标已接近中厚煤层的水平。

2　厚煤层的采煤方法211　非正规采煤法高落式采煤法。

这类采煤方法因为不能形成正常通风系统,安全没有可靠保障,各国都已弃用。

212　水力采煤法目前俄国和新西兰等国有应用。

俄国库兹巴斯的得尔干斯卡亚矿煤层倾角40°,采区内采用小阶段布置,掘巷为机掘水运,水枪采用液压遥控,运输为1mm分级,区内水运,矿井旱运旱提,其技术水平大致与我国相近。

日本为新西兰设计了一个水采矿井,分级水运水提,技术上很有特点。

但是总的来说,水采电力消耗高,经济指标较差,一般只在煤层条件不适合其他机械化开采时选用。

213　分层开采分层开采法又可分为倾斜分层人工假顶下行开采、倾斜分层水砂充填上行开采和倾斜煤层水平分层水砂充填上行开采等方法。

波兰1990年采煤工作面冒落和充填工作面各占50%,1995年充填工作面个数占13%,冒落工作面个数占87%。

之所以有这种变化,主要原因是充填成本过高。

分层开采是成熟的技术,但是具有工序复杂、掘进率高、顶板管理困难等缺点,成本较高,并易引起自然发火,很难实现高产高效。

法国洛林矿区沃斯特矿在急倾斜厚煤层用上行水砂充填方式实现采煤机械化,采煤机借助于一端固定在侧壁上的辅助链在浮箱上运行。

一个采煤工作面配备两台采煤机,平均日产400t,如图1所示。

图1214　放顶煤长壁采煤法综采放顶煤技术是50年代末由法国布朗基矿首先试用成功。

放顶煤开采具有掘进率低、工作面生产能力大等优点,70年代和80年代初,这项技术在世界近10个国家得到应用,曾在法国中南部地区成为特厚煤层开采的唯一方法;在匈牙利和前南斯拉夫也是特厚煤层开采的主要方法。

但90年代以来,这项技术在国外似已日趋衰落,布朗基矿已经关闭,目前仅有法国、前南斯拉夫、匈・4・牙利和俄国等极少数矿井仍在使用。

放顶煤技术在国外衰落的主要原因是:(1)适合放顶煤开采的资源枯竭。

法国煤炭储量127亿t,厚煤层储量仅占815%,为17亿t,经过几十年的开采,包括以前非机械化开采,适合放顶煤开采的煤层愈来愈少。

(2)欧洲煤炭开采成本过高,市场被石油、天然气、核能挤占,煤矿被迫减产或关闭。

德国1994年硬煤成本为265马克(折人民币1400元),法国1991年吨煤成本505法朗(折人民币800元),英国1993年吨煤成本为38133英镑(折人民币500元),而美国吨煤成本为1617美元(折人民币138元), FOB价格1993年为28美元(折人民币233元)。

可见欧洲煤毫无市场竞争能力。

(3)技术上存在不少弱点。

诸如资源回收率低,工作面粉尘量超标,瓦斯聚集,自然发火,支架稳定性差等问题都不易解决,经济效益大部分不尽人意。

(4)环境保护要求日趋严格。

井下粉尘浓度标准美国为2m g m3,英国为11m g m3,德国为20m g m3,放顶煤开采不可能达到这些标准。

综放开采架后采空区无法充填,地表沉陷严重,危及自然环境。

(5)放顶煤的技术经济指标与中厚煤层长壁面综采比尚有较大差距。

215　一次采全高长壁采煤法这是将传统的综采技术结合厚煤层的特定条件加以发展。

由于综采技术相对成熟,所以难度较小,效益较好。

德国萨尔矿区瓦恩特矿一次采全高综采支架高度达到6m,平均日产8000t;鲁尔矿区威斯特法伦矿采高415m,小班产量2414t商品煤,折原煤3000t 左右。

波兰已经研制成功采高6m的液压支架,近期拟在杰莫维特矿进行工业性试验。

前苏联在急倾斜煤层采用走向工作面下行开采,为此研制了A H系列的综采成套设备,但这种采煤方法设备搬家频繁,占用设备多,单产不高,坑木消耗高达400m3 万t,不能认为是很成功的。

我国曾为渡口引进这种设备。

前苏联为急倾斜煤层走向长壁工作面研制了A K-3系列综采成套设备,设计很有新颖性,但现场使用日产不足400t。

德国购买了这套技术,研制出A KH大倾角综采成套设备,经过几年的探索,平均日产已达到2000t。

但这套设备调试十分困难,工艺也不够完善,还看不出推广前景。

216　高壁采煤法美国JO Y公司研制成功一套高壁采煤系统(H ighw allM in ing System),其实质是将连续采煤机、转载机、可伸缩胶带输送机等设备全套实现自动化。

从地表煤层露头向煤层掘一条巷,最长可达1200m,然后由连续采煤机在巷旁一定宽度内回采。

由于井下无人,不须通风,整个系统打破了传统的矿井开采体系,打破了露天和井工的界限。

系统设计能力2000t h,实际达到日产5670t。

3　国外厚煤层开采技术的发展为了解决厚煤层开采所遇到的一系列问题,国外在厚煤层开采技术和安全技术上近年来做了许多有益的探索,有了长足的进步。

311　地应力的研究水平应力的存在和它对采矿活动的影响已经为采矿界所公认,西方国家普遍将地应力测定作为矿井设计的一个步骤。

前苏联全苏地质力学研究院在应用板块理论解释和推测构造,解释和控制地应力显现和矿震,研制监测仪器方面水平较高,并创造了《动力区划法》。

这对了解地应力的分布,防止突出、矿震等灾害,合理布置巷道,减少支护和维修费用有重大意义。

312　采区设计、巷道断面、巷道支护等方面有许多做法值得我们借鉴・5・澳大利亚KCC 公司所属的西崖矿(W est C liff )采区采用边界上山系统,如图2所示。

这种采区布置的优点是:(1)采煤工作面和掘进工作面的运输系统彻底分开,有利于采掘工作面充分发挥设备能力。

(2)厚煤层工作面的超前压力显现较明显,超前距离较大。

边界上山方式可使掘进工作面不受这个影响。

(3)通风系统布置灵活,有利于瓦斯抽放和消防火。

图2 德国普遍采用巷旁充填,宽度2m ,改善了支护受力状态。

美国两个长壁面之间有的3巷掘进,煤柱宽度60m ,长壁面采过后煤柱用连续采煤机回收,回收率远高于我国常规布置方式,且两顺受到的压力也小。

德国顺槽断面一般为16～24m 2,全部采用29#-36#U 型钢加钢筋网支护。

美国和澳大利亚顺槽断面高度为3m 以上,宽度一般为6m ,全部采用锚杆或锚网支护。

313　厚煤层一次采全高工艺有一些好做法德国鲁尔矿区威斯特法伦矿采高415m ,工作面片帮严重,采用向煤壁钻5100mm 、长6m 的孔,插入2根长度3m 的木锚杆,注入粘结材料的方法加固煤壁,效果不错。

德国萨尔矿区瓦恩特矿采高5～6m ,液压支架配备大护帮板,控制片帮,效果也较好。

这个工作面倾角37gon (折合33°),支架和输送机防倒防滑措施可靠。

为防止煤块飞起伤人,架间设安全网,运输机头处设置由圆环链结成的安全帘。

314　灾害防治研究方面有不少特色波兰煤矿老矿井多,地质条件复杂,自然灾害严重。

据统计现有65处矿井中,有17处矿井井下温度超过30℃,有11处矿井井下温度超过35℃,有3处矿井井下温度超过40℃;大部分矿井有严重的瓦斯突出,自然发火,矿震灾害;西里西亚地区地质条件基本为软岩,地压危害严重;部分矿井含盐量高,给井下机械设备造成严重危害;德国矿井井深、压力大,老矿井多,除萨尔矿区外,鲁尔及阿亨矿区开采年限均为100a 左右,鲁尔矿区矿井平均深度954m ,最深矿井为H au s A den 6#井,深1789m ,热害也非常严重。