1 前言
2003年底同煤集團(tuán)整合兼并了大同、朔州和忻州的19座地方中小煤礦，組建了晉北大型煤炭能源企業(yè)——大同煤礦集團(tuán)有限公司，主要開(kāi)采大同、寧武煤田侏羅紀(jì)、石炭二疊紀(jì)煤炭資源，煤田總面積6157km2，煤炭總儲(chǔ)量為892億t。中小煤礦資源條件復(fù)雜，普遍存在礦井基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)陋、生產(chǎn)技術(shù)落后、回收率低、安全保障程度低的狀況。通過(guò)對(duì)相關(guān)礦井不同的基礎(chǔ)條件進(jìn)行全面歸納分析研究，以大幅度提高回收率，堅(jiān)持機(jī)械化改造為核心，制定并實(shí)施了不同的技術(shù)提升方案，最終形成了具有高技術(shù)支撐平臺(tái)的中小礦井整合、技術(shù)提升成套開(kāi)采技術(shù)體系，快速的實(shí)現(xiàn)了中小礦井向安全高效高資源回收率的現(xiàn)代礦井過(guò)渡，提高了中小礦井生產(chǎn)能力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
2 中小礦井技術(shù)特征
2.1 開(kāi)采技術(shù)落后
19座地方煤礦共有137個(gè)工作面，僅有13個(gè)高檔工作面，其余為“刀柱、巷采、倉(cāng)房、高冒”式工作面。杏溝礦8個(gè)炮采、7個(gè)炮掘工作面年產(chǎn)60萬(wàn)t；東周窯礦5個(gè)井口出煤，年產(chǎn)25萬(wàn)t。礦井產(chǎn)量大于100萬(wàn)t/a的僅有青磁窯礦，生產(chǎn)能力最小的石門(mén)礦，僅為9萬(wàn)t/a。19座礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力總計(jì)990萬(wàn)t/a，2002年礦井實(shí)際產(chǎn)量?jī)H有717萬(wàn)t。采區(qū)回收率平均26.6%，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。附技術(shù)提升前中小礦井基本情況表1。
2.2 安全保障程度低
部分礦井采用自然通風(fēng)、串聯(lián)通風(fēng)方式，通風(fēng)能力不足，通風(fēng)設(shè)施不完善，風(fēng)機(jī)陳舊。無(wú)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，高瓦斯礦井無(wú)瓦斯抽放系統(tǒng)。多數(shù)礦使用非防爆設(shè)備，災(zāi)害隱患多、抗災(zāi)能力差。
技術(shù)提升前中小礦井基本情況 表1
|
地區(qū) |
礦井 名稱(chēng) |
煤田煤系 |
剩余儲(chǔ)量 (萬(wàn)t) |
02年實(shí)際產(chǎn)量 |
采煤方法 |
采區(qū)回收率％ |
井下 運(yùn)輸方式 |
|
大同 |
青磁窯 |
大同侏羅紀(jì) |
4266 |
114 |
長(zhǎng)壁普炮采 |
36 |
SGW-40T |
|
姜家灣 |
。。 |
2950 |
93 |
長(zhǎng)壁炮采 |
35 |
SGW-40T |
|
|
東周窯 |
。。 |
4203 |
27 |
短壁刀柱 |
29 |
畜力車(chē) |
|
|
馬口 |
。。 |
6497 |
73 |
房柱刀炮采 |
24 |
畜力車(chē) |
|
|
杏兒溝 |
。。 |
3600 |
72 |
長(zhǎng)壁普炮采 |
31 |
三輪車(chē) |
|
|
南陽(yáng)坡 |
大同石炭系 |
9300 |
15 |
倉(cāng)房高冒式 |
15 |
畜力車(chē) |
|
|
增子坊 |
。。 |
7800 |
0 |
倉(cāng)房高冒式 |
16 |
畜力車(chē) |
|
|
朔州 |
小峪 |
。。 |
33400 |
74 |
長(zhǎng)壁普炮采 |
40 |
SGW-40T |
|
王坪 |
。。 |
2834 |
74 |
刀柱 |
38 |
SGW-40T |
|
|
焦煤 |
。。 |
6051 |
26 |
倉(cāng)房式 |
20 |
耙斗 |
|
|
新峪 |
。。 |
1542 |
9 |
倉(cāng)房式 |
21 |
三輪車(chē) |
|
|
忻州 |
石門(mén) |
寧武石炭系 |
137 |
9 |
倉(cāng)房炮落式 |
20 |
畜力車(chē) |
|
榆樹(shù)底 |
。。 |
1321 |
0 |
倉(cāng)房炮落式 |
18 |
畜力車(chē) |
|
|
程家溝 |
。。 |
2444 |
31 |
倉(cāng)房高冒式 |
16 |
畜力車(chē) |
|
|
石湖 |
。。 |
4298 |
30 |
倉(cāng)房高冒式 |
15 |
畜力車(chē) |
|
|
劉家梁 |
。。 |
21776 |
37 |
長(zhǎng)壁刀柱式 |
35 |
皮帶 |
|
|
焦家寨 |
。。 |
4568 |
33 |
長(zhǎng)壁刀柱式 |
32 |
皮帶 |
|
|
梨園河 |
。。 |
9930 |
|
長(zhǎng)壁刀柱式 |
32 |
皮帶 |
|
|
六畝地 |
。。 |
286 |
0 |
長(zhǎng)壁刀柱式 |
32 |
皮帶 |
|
|
合計(jì) |
|
|
127203 |
717 |
|
26.6 |
|
2.3 基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)陋
多數(shù)礦井采用串車(chē)提升，所有礦井均無(wú)輔助運(yùn)輸設(shè)施，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，礦井提升能力低。52％的礦井井下使用畜力車(chē)、小三輪運(yùn)輸（圖1）。東周窯、馬口礦采用單回路供電系統(tǒng)，陽(yáng)方口礦使用10kv農(nóng)用電，存在供電隱患。
圖1 落后的運(yùn)輸方式$Page_Split$
3 礦井綜合技術(shù)提升研究
3.1 采煤方法改革
3.1.1 以技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)石炭系特厚煤層綜放開(kāi)采
大同煤田南陽(yáng)坡礦開(kāi)采平均厚度14.5m的石炭系5#煤層，礦井生產(chǎn)能力15萬(wàn)t/a，原采用落后的“倉(cāng)房高冒”開(kāi)采方法，安全無(wú)保證，工作面回收率僅25％。通過(guò)技術(shù)論證和系統(tǒng)改造，首采放頂煤工作面配備了自行研制開(kāi)發(fā)的ZF4600/19/30型低位放頂煤液壓支架，與MG375—W型采煤機(jī)、SGZ—630/220前部運(yùn)輸機(jī)和SGZ—764/400后部運(yùn)輸機(jī)配套。工作面月產(chǎn)12萬(wàn)t，頂煤回收率70％以上，工作面回收率75%以上，百萬(wàn)噸死亡率為零，年生產(chǎn)能力由技術(shù)提升前的15萬(wàn)t提高到目前的120萬(wàn)t。工作面現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。
圖2 南陽(yáng)坡礦綜放工作面
3.1.2 研究開(kāi)發(fā)“三軟”煤層綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)
軒崗煤電公司開(kāi)采寧武煤田,其所屬礦井相對(duì)瓦斯涌出量最大15.56m3/t，屬高沼氣礦井。主采煤層均為厚煤層，煤層賦存條件復(fù)雜，厚度不穩(wěn)定，斷層多，普氏系數(shù)0.5～0.7，屬典型的“三軟”煤層條件。由于開(kāi)采難度大、效率低，礦井處于停產(chǎn)狀態(tài)。通過(guò)進(jìn)行“三軟”煤層綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)攻關(guān)，工作面選用ZF3100/16/26型液壓支架，首次在焦家寨礦成功實(shí)現(xiàn)了“三軟”煤層低位綜放開(kāi)采，并在梨園河、劉家梁礦進(jìn)行了推廣應(yīng)用。使軒崗煤電公司由原來(lái)年生產(chǎn)能力70萬(wàn)t提升到400萬(wàn)t，資源回收率提高30％以上。
3.1.3 應(yīng)用企業(yè)專(zhuān)有技術(shù)首創(chuàng)二疊系堅(jiān)硬頂板條件煤層的綜合機(jī)械化開(kāi)采
王坪礦開(kāi)采二迭系山西組4＃煤層，煤層厚度0.4—7m，平均3m。原采用刀柱倉(cāng)房炮采，木柱支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度小，頂板難以有效控制，工作面月產(chǎn)平均5475t，工作面回收率30％，安全生產(chǎn)無(wú)保證。技術(shù)提升改造后，首采1814工作面長(zhǎng)120m，走向680m，采高2.8m，設(shè)備選用ZZ4000-1.7/2.5型液壓支架、MG300/690-W型采煤機(jī)和SGB-764/264刮板輸送機(jī)。
由于山4＃煤層頂板為12m厚的堅(jiān)硬砂巖，首次采用了堅(jiān)硬頂板控制專(zhuān)有技術(shù)對(duì)工作面頂板進(jìn)行爆破弱化，使1814工作面得以安全采出，單產(chǎn)和效益得到提高，工作面回收率提高50％以上，實(shí)現(xiàn)了二疊系山西組4＃煤層整體砂巖堅(jiān)硬頂板條件下綜合機(jī)械化開(kāi)采。
3.1.4 其他開(kāi)采方法
王坪礦應(yīng)用短壁綜采技術(shù)，使用MG-250/300-NWD采煤機(jī)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)條件下邊角煤的安全開(kāi)采。
姜家灣礦的7＃煤層厚度0.9—1.4m，平均1.2m，8＃煤層厚度1.1—1.5m，平均1.3m。以前由于技術(shù)落后無(wú)法采出，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。通過(guò)裝備兩套薄煤層綜采，工作面長(zhǎng)120m，走向1200m，單面月產(chǎn)3.8萬(wàn)噸，回收率達(dá)到90％，安全水平大幅度提高。
馬口礦11#—1與12#—2煤層為近距離煤層，層間距0.4—2.0m，上覆采空區(qū)賦存火區(qū)。利用企業(yè)專(zhuān)有技術(shù)，配置了ZZ5600/16/26綜采支架，使12#—2層1170萬(wàn)噸煤炭資源得以采出。
3.2 資源整合與聯(lián)合改造
3.2.1 王坪—小峪礦資源整合與礦井聯(lián)合開(kāi)采
王坪礦井田面積8.9km2，剩余可采儲(chǔ)量2834萬(wàn)t，生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a，地面儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施配套齊全，電氣化鐵路直接與北同蒲鐵路接軌，煤炭外運(yùn)便利。小峪礦井田面積15.1km2，可采煤層有5層，下水平的5#、8#煤層尚未開(kāi)采，剩余可采儲(chǔ)量33400萬(wàn)t，生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a，煤炭外運(yùn)條件較差。
通過(guò)資源整合，把王坪礦平峒進(jìn)行延伸，采用一個(gè)7m直徑、29m深煤倉(cāng)和一條16°皮帶暗斜井與小峪礦的二水平連接，形成運(yùn)煤系統(tǒng)，另外用一條14°暗斜井連接小峪礦二水平，形成通風(fēng)、運(yùn)料、行人系統(tǒng)。小峪礦二水平產(chǎn)煤通過(guò)儲(chǔ)煤倉(cāng)進(jìn)入王坪礦延伸平峒外運(yùn)。
利用王坪礦的外運(yùn)條件，結(jié)合小峪礦的開(kāi)采能力優(yōu)勢(shì)，整合兩礦煤炭資源，實(shí)施聯(lián)合開(kāi)采。將兩礦井合為一個(gè)井田，統(tǒng)籌規(guī)劃集約化生產(chǎn)，變礦界煤柱為可采資源，增加了可采儲(chǔ)量，形成了500萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力。發(fā)揮各礦井地面及井下的系統(tǒng)能力，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
3.2.2 東周窯—馬口聯(lián)合技術(shù)改造
兩個(gè)礦井有5個(gè)出煤井口，年產(chǎn)量不足100萬(wàn)t。各井口均無(wú)獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。將兩礦的煤炭資源進(jìn)行整合，對(duì)原有井筒進(jìn)行優(yōu)化利用，形成了年產(chǎn)240萬(wàn)噸的大型礦井。
3.2.3 協(xié)調(diào)生產(chǎn)布置，平衡采掘關(guān)系，保證礦井持續(xù)發(fā)展
合理進(jìn)行生產(chǎn)部署，及早開(kāi)拓新盤(pán)區(qū)、新煤層、新水平。共開(kāi)拓新盤(pán)區(qū)9個(gè)，增加準(zhǔn)備煤量12650萬(wàn)t，對(duì)5對(duì)礦井進(jìn)行了開(kāi)拓延深，增加開(kāi)拓煤量4300萬(wàn)T。
3.3 掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)提升
15座中小礦井技術(shù)提升前共有81個(gè)炮掘工作面，掘采混合不清，全部采用手工炮掘和三輪、畜力車(chē)運(yùn)輸，工作面單進(jìn)水平低。技術(shù)提升共裝備了16套綜掘裝備，24條掘進(jìn)作業(yè)線，取消了54個(gè)手工炮掘工作面和全部三輪、畜力車(chē)。礦井巷道原采用木柱或木棚支護(hù)，南陽(yáng)坡礦為裸體巷道，目前已推廣應(yīng)用了錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，滿足了安全生產(chǎn)要求。
3.4 環(huán)節(jié)能力改造
改造前礦井提升多為串車(chē)，無(wú)輔助運(yùn)輸，部分礦為單回路供電，或使用10kv農(nóng)用電。技術(shù)改造后，具備條件的礦井全部改造為膠帶化運(yùn)輸提升，“大傾角強(qiáng)力皮帶”、“曲線拐彎皮帶”在南陽(yáng)坡、陽(yáng)方口、王坪礦得到了成功應(yīng)用。共安裝斜井人車(chē)6部，改造礦井地面變電站8座，建立井下變電所18座，電壓等級(jí)由原10kv改造為3.5—11萬(wàn)v，全部實(shí)現(xiàn)了雙回路供電。礦井生產(chǎn)能力由2002年的930萬(wàn)t提高到2005年的2060萬(wàn)t。
礦井綜合技術(shù)提升實(shí)施狀況見(jiàn)表2。
礦井綜合技術(shù)提升實(shí)施狀況 表2
|
礦 別 |
剩余可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t） |
原有能力 （萬(wàn)t/a） |
提升后 能力（萬(wàn)t/a） |
原開(kāi)采方式 及隊(duì)組 |
提升后開(kāi)采 方式及隊(duì)組 |
|
|
王坪 小峪 聯(lián)合 |
小 峪 |
33400 |
120 |
500 |
4炮采3高檔7炮掘 |
6綜采6綜掘2炮采 6炮掘1掘進(jìn)作業(yè)線 |
|
王 坪 |
2834 |
120 |
7炮采6炮掘 |
|||
|
東周窯 馬口 聯(lián)合 |
東周窯 |
4203 |
30 |
240 |
1炮采11炮掘 |
1綜采3高檔1炮采 1綜掘4掘進(jìn)作業(yè)線 3炮掘 |
|
馬口 |
6497 |
60 |
6炮采14炮掘 |
|||
|
杏兒溝 |
3600 |
60 |
90 |
8炮采7炮掘 |
2高檔2炮采2掘進(jìn)作業(yè)線4炮掘 |
|
|
青磁窯 |
4266 |
120 |
120 |
2高檔2炮采 3掘進(jìn)作業(yè)線3炮掘 |
2綜采3掘進(jìn)作業(yè)線 1炮掘 |
|
|
姜家灣 |
2950 |
90 |
90 |
6炮采7炮掘 |
2綜采1綜掘4掘作業(yè)線 |
|
|
焦 煤 |
6051 |
45 |
120 |
2炮采5炮掘 |
1綜放2掘作業(yè)線2炮掘 |
|
|
程家溝 |
2444 |
30 |
120 |
1滑移1炮采4炮掘 |
1綜采1懸移 2掘進(jìn)作業(yè)線2炮掘 |
|
|
石 湖 |
4298 |
30 |
120 |
2炮采4炮掘 |
1綜采2懸移 4掘進(jìn)作業(yè)線2炮掘 |
|
|
南陽(yáng)坡 |
9300 |
15 |
120 |
2炮采2炮掘 |
1綜放2掘進(jìn)作業(yè)線 |
|
|
增子坊 |
7800 |
30 |
120 |
2炮采3炮掘 |
1綜放2綜掘 |
|
|
劉家梁 |
21776 |
90 |
180 |
3高檔 3炮掘2開(kāi)拓 |
2綜放2高檔2綜掘 3炮掘2開(kāi)拓 |
|
|
梨園河 |
9930 |
30 |
90 |
2高檔 2炮掘1開(kāi)拓 |
1綜放2綜掘 1炮掘1開(kāi)拓 |
|
|
焦家寨 |
4568 |
60 |
150 |
3高檔 3炮掘 |
1綜放2綜掘 1炮掘1開(kāi)拓 |
|
|
合計(jì) |
123917 |
930 |
2060 |
13高檔43炮采 81炮掘 |
20綜采7高檔5炮采16綜掘24掘進(jìn)作業(yè)線 25炮掘 |
|
3.5 安全保障技術(shù)
針對(duì)各礦井通風(fēng)系統(tǒng)不合理，無(wú)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，礦井安全保障程度低，抗災(zāi)能力差的狀況，通過(guò)配置安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，完善通風(fēng)設(shè)施，優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，降低風(fēng)量漏損，在高瓦斯礦井建立抽放系統(tǒng)等，提高了礦井抗災(zāi)能力?，F(xiàn)已投入安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)12套，新建瓦斯抽放系統(tǒng)4套，調(diào)整了11個(gè)礦通風(fēng)系統(tǒng)，增設(shè)專(zhuān)用回風(fēng)巷16條，更換礦井主扇12臺(tái)，改造通風(fēng)巷道2萬(wàn)余m。
4 應(yīng)用情況
該綜合技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用在王坪、陽(yáng)方口、南陽(yáng)坡、焦家寨等19對(duì)礦井，共配置了17套綜采裝備和13套綜掘裝備，取代了效率低安全差的倉(cāng)房高冒式等落后的開(kāi)采方法，提高了生產(chǎn)效率，改善了采掘現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)環(huán)境，使中小礦井總體生產(chǎn)能力由1375萬(wàn)t/a提高到2450萬(wàn)t/a，凈增1075萬(wàn)t/a，是技術(shù)提升前的1.8倍。礦井資源回收率提高30%以上，工作面資源回收率提高50%。煤炭年產(chǎn)量由2003年的492.5萬(wàn)t提高到2004年的1670萬(wàn)t，凈增1177.5萬(wàn)t。快速地實(shí)現(xiàn)了中小礦井向現(xiàn)代化、集中化、安全高效高資源回收率開(kāi)采的過(guò)渡，大幅度提高了中小礦井生產(chǎn)能力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
5 結(jié)論
5.1 在大同煤田研究成功了石炭二迭系低位放頂煤開(kāi)采新技術(shù)，為石炭二迭系特厚煤層應(yīng)用低位放頂煤開(kāi)采技術(shù)做了開(kāi)拓性的工作。
5.2 在寧武煤田研究成功了“三軟”煤層低位放頂煤綜放開(kāi)采新技術(shù)，形成了石炭二迭系“三軟”煤層高效、高回收率安全開(kāi)采成套技術(shù)。
5.3 研究形成了一套具有高技術(shù)支撐平臺(tái)的中小礦井資源整合和水平提升技術(shù)體系。
5.4 發(fā)揮國(guó)有大型煤炭企業(yè)技術(shù)、裝備和人才優(yōu)勢(shì)，使中小礦井在短期內(nèi)大幅度提升技術(shù)與裝備水平，改善安全狀況，提高生產(chǎn)能力和回收率，步入正規(guī)化礦井，開(kāi)創(chuàng)了新的途徑。
作者簡(jiǎn)介：
王愛(ài)國(guó)，男，1988年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院采礦工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)同煤集團(tuán)技術(shù)中心從事煤礦科研工作，高級(jí)工程師。
