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本书以北宿煤矿的煤层地质条件为工程背景，详细论述了含硫化铁煤层的地质与工程特征，并在此基础上对该条件下的煤层开采技术进行了研究，研究成果具有适应性、先进性和前瞻性。本书可供从事采矿工程及相关专业的研究人员及工程技术人员参考。

我国薄煤层分布广泛,有80多个矿区中的445处矿井赋存有薄煤层,薄煤层的可采储量约占总可采储量的19%,产量约占10%。与开采厚煤层和中厚煤层相比,薄煤层长壁工作面开采的特点是工作空间小,作业条件恶劣,人员只能在工作面爬行或以卧姿作业;巷道掘进率高,半煤岩巷掘进问题突出,掘进速度慢;煤层厚度和倾角变化以及断层对工作面开采影响大;采掘机械化水平总体较低,人工劳动强度大;投入产出比高,单产和工效低,成本高,经济效益差。薄煤层开采技术发展过程中,我国煤矿根据所采煤层特点,一些从爆破采煤工艺发展至滚筒采煤机普通机械化采煤工艺或综合机械化采煤工艺,另外一些试验过刨煤机普通机械化采煤工艺或综合机械化采煤工艺,还有一些进行过连续采煤机房柱式开采试验或螺旋钻钻采试验。兖州矿区北宿煤矿自建矿以来一直开采厚度1m左右的薄煤层,且煤层中随机分布有硫化铁结核和坚硬夹矸,工作面破煤困难。在40多年的薄煤层开采实践中,基于所采薄煤层特点,北宿煤矿在改善作业条件,减轻劳动强度,提高劳动效率、单产、

单进和机械化开采水平等方面进行了长期的研究、探索,早期曾试验过滚筒采煤机、高压水射流、振动冲击截割头、滑行刨等机械破煤方式,但均未获得成功,使得含硫化铁结核、坚硬夹矸薄煤层机械化开采成为制约企业发展的世界性难题。北宿煤矿在含硫化铁结核、坚硬夹矸薄煤层开采实践中,先后发展了挡煤板挡装、刮板输送机铲煤板铲装、单体液压支柱和墩柱控顶的爆破采煤工艺;挡煤板挡装、刮板输送机铲煤板铲装、自移式液压支架控顶的爆破采煤工艺。由此大幅度提高了劳动生产率,减轻了劳动强度,改善了作业条件。2012年以来,在改进装备的基础上,重新进行了滚筒采煤机综合机械化开采试验,并取得成功,实现了含硫化铁结核和坚硬夹矸的1m 左右薄煤层综合机械化开采。本书是北宿煤矿薄煤层不同层次的安全高效开采技术的总结,本书还涉及近距离煤层联合准备方式、对拉工作面布置、挡装铲装工序和设备、采煤工作面工艺参数、采掘工作面装备配备、沿空留巷、半煤岩巷掘进分装分运等综合配套技术。本书总结的经验和成果是北宿煤矿工程技术人员和科研院所研究人员集体智慧的结晶,笔者感谢有助于形成北宿煤矿薄煤层开采技术的所有人员。笔者认为,对于我国煤矿大多数开采薄煤层的矿井,机械化和自动化是发展的趋势,长壁开采是提高产量和效益的主要途径,滚筒采煤机综合机械化采煤工艺应是主要的工艺方式。在市场经济条件下,我国薄煤层生产矿井面临着严峻的考验,笔者恳请读者对本书的内容更多关注,殷切希望得到指正和帮助,以推动我国薄煤层开采技术更大的发展。

著 者

2015年7月

1 北宿煤矿地质和开采技术条件…………………………………………………………… 1

1.1 地质条件…………………………………………………………………………… 1

1.2 坚硬夹矸、硫化铁结核分布规律和力学特性…………………………………… 15

1.3 井田资源/储量…………………………………………………………………… 18

1.4 开采技术条件……………………………………………………………………… 18

2 北宿煤矿挡装、铲装、单体液压支柱控顶的薄煤层爆破采煤工艺……………………… 29

2.1 含硫化铁结核和坚硬夹矸薄煤层长壁工作面工艺参数………………………… 29

2.2 含硫化铁结核和坚硬夹矸薄煤层长壁工作面挡装板和铲煤板………………… 31

2.3 挡装、铲装、单体液压支柱控顶的薄煤层长壁工作面支护与支架布置………… 36

2.4 挡装、铲装、单体液压支柱控顶的薄煤层长壁工作面爆破材料和参数………… 38

2.5 挡装、铲装、单体液压支柱控顶的薄煤层工作面回采巷道的

主要运输装备……………………………………………………………………… 50

2.6 挡装、铲装、单体液压支柱控顶的薄煤层工作面爆破采煤工艺示例…………… 51

2.7 挡装、铲装、单体液压支柱控顶的薄煤层爆破采煤工艺评述…………………… 62

3 北宿煤矿挡装、铲装、自移式液压支架控顶的薄煤层爆破采煤工艺…………………… 64

3.1 爆破采煤工艺条件下薄煤层工作面自移式液压支架开发……………………… 64

3.2 爆破采煤工艺条件下薄煤层工作面挡煤装置与自移式液压支架的配合……… 70

3.3 挡装、铲装、自移式液压支架控顶的薄煤层7703工作面爆破

采煤工艺示例……………………………………………………………………… 71

3.4 挡装、铲装、自移式液压支架控顶的薄煤层7703工作面矿压显现…………… 77

3.5 挡装、铲装、自移式液压支架控顶的薄煤层1866工作面爆破

采煤工艺示例……………………………………………………………………… 84

3.6 薄煤层挡装、铲装、自移式液压支架控顶的爆破采煤工艺评述………………… 94

4 北宿煤矿滚筒采煤机割煤、装煤、液压支架控顶的薄煤层综合机械化采煤工艺……… 95

4.1 薄煤层长壁工作面综合机械化采煤工艺的破煤装备发展和使用回顾………… 95

4.2 降低坚硬夹矸截割难度和硫化铁结核剥离难度的矿压研究…………………… 97

4.3 基于含坚硬夹矸、硫化铁结核的薄煤层综采工作面主要装备

改进和技术参数………………………………………………………………… 101

4.4 含坚硬夹矸、硫化铁结核的薄煤层1674工作面综合机械化

采煤工艺示例…………………………………………………………………… 108

4.5 含坚硬夹矸、硫化铁结核的薄煤层综采工作面采煤机和刮板

输送机的适应性分析…………………………………………………………… 122

4.6 综采工作面矿压显现…………………………………………………………… 126

4.7 薄煤层采煤机割煤、装煤、液压支架控顶的综合机械化采煤工艺评述……… 133

5 北宿煤矿薄煤层工作面村庄下泵送矸石充填采煤技术……………………………… 135

5.1 采空区矸石充填技术简述和选择……………………………………………… 135

5.2 采空区泵送矸石充填系统开发………………………………………………… 137

5.3 采空区泵送矸石充填材料及其制备和输送管路……………………………… 140

5.4 采空区侧工作面与充填区的隔离方式………………………………………… 143

5.5 沿空留巷巷旁挡矸(浆)墙制作………………………………………………… 144

5.6 爆破落煤工作面采空区泵送矸石充填工艺…………………………………… 146

5.7 爆破落煤采空区泵送矸石充填工作面矿压显现……………………………… 155

5.8 采空区泵送矸石充填对地表移动与变形的控制效果………………………… 162

5.9 薄煤层工作采空区泵送矸石充填评价………………………………………… 163

6 北宿煤矿特殊条件下薄煤层开采技术………………………………………………… 165

6.1 薄煤层长壁工作面过断层技术………………………………………………… 165

6.2 薄煤层长壁工作面遇断层缩短和沿空留巷技术……………………………… 167

7 北宿煤矿薄煤层半煤岩巷掘进技术…………………………………………………… 171

7.1 薄煤层长壁工作面回采巷道支护技术………………………………………… 171

7.2 薄煤层长壁工作面回采巷道钻眼爆破掘进技术……………………………… 174

7.3 薄煤层半煤岩巷综掘机掘进技术……………………………………………… 181

参考文献……………………………………………………………………………………… 189