1 前言

2003年底同煤集團整合兼并了大同、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)——大同煤礦集團有限公司，主要開采大同、寧武煤田侏羅紀、石炭二疊紀煤炭資源，煤田總面積6157km²，煤炭總儲量為892億t。中小煤礦資源條件復雜，普遍存在礦井基礎設施簡陋、生產技術落后、回收率低、安全保障程度低的狀況。通過對相關礦井不同的基礎條件進行全面歸納分析研究，以大幅度提高回收率，堅持機械化改造為核心，制定并實施了不同的技術提升方案，最終形成了具有高技術支撐平臺的中小礦井整合、技術提升成套開采技術體系，快速的實現(xiàn)了中小礦井向安全高效高資源回收率的現(xiàn)代礦井過渡，提高了中小礦井生產能力和社會經(jīng)濟效益。

 

2 中小礦井技術特征

2.1 開采技術落后

19座地方煤礦共有137個工作面，僅有13個高檔工作面，其余為“刀柱、巷采、倉房、高冒”式工作面。杏溝礦8個炮采、7個炮掘工作面年產60萬t；東周窯礦5個井口出煤，年產25萬t。礦井產量大于100萬t/a的僅有青磁窯礦，生產能力最小的石門礦，僅為9萬t/a。19座礦井設計生產能力總計990萬t/a，2002年礦井實際產量僅有717萬t。采區(qū)回收率平均26.6%，資源浪費嚴重。附技術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、串聯(lián)通風方式，通風能力不足，通風設施不完善，風機陳舊。無安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，高瓦斯礦井無瓦斯抽放系統(tǒng)。多數(shù)礦使用非防爆設備，災害隱患多、抗災能力差。

 

技術提升前中小礦井基本情況                表1

 

地區(qū)	礦井 名稱	煤田煤系	剩余儲量 (萬t)	02年實際產量	采煤方法	采區(qū)回收率％	井下 運輸方式
大同	青磁窯	大同侏羅紀	4266	114	長壁普炮采	36	SGW-40T
	姜家灣	。。	2950	93	長壁炮采	35	SGW-40T
	東周窯	。。	4203	27	短壁刀柱	29	畜力車
	馬口	。。	6497	73	房柱刀炮采	24	畜力車
	杏兒溝	。。	3600	72	長壁普炮采	31	三輪車
	南陽坡	大同石炭系	9300	15	倉房高冒式	15	畜力車
	增子坊	。。	7800	0	倉房高冒式	16	畜力車
朔州	小峪	。。	33400	74	長壁普炮采	40	SGW-40T
	王坪	。。	2834	74	刀柱	38	SGW-40T
	焦煤	。。	6051	26	倉房式	20	耙斗
	新峪	。。	1542	9	倉房式	21	三輪車
忻州	石門	寧武石炭系	137	9	倉房炮落式	20	畜力車
	榆樹底	。。	1321	0	倉房炮落式	18	畜力車
	程家溝	。。	2444	31	倉房高冒式	16	畜力車
	石湖	。。	4298	30	倉房高冒式	15	畜力車
	劉家梁	。。	21776	37	長壁刀柱式	35	皮帶
	焦家寨	。。	4568	33	長壁刀柱式	32	皮帶
	梨園河	。。	9930		長壁刀柱式	32	皮帶
	六畝地	。。	286	0	長壁刀柱式	32	皮帶
合計			127203	717		26.6

2.3 基礎設施簡陋

多數(shù)礦井采用串車提升，所有礦井均無輔助運輸設施，工人勞動強度大，礦井提升能力低。52％的礦井井下使用畜力車、小三輪運輸（圖1）。東周窯、馬口礦采用單回路供電系統(tǒng)，陽方口礦使用10kv農用電，存在供電隱患。

   

圖1   落后的運輸方式$Page_Split$

 

3 礦井綜合技術提升研究

3.1 采煤方法改革

3.1.1 以技術創(chuàng)新實現(xiàn)石炭系特厚煤層綜放開采

大同煤田南陽坡礦開采平均厚度14.5m的石炭系5^#煤層，礦井生產能力15萬t/a，原采用落后的“倉房高冒”開采方法，安全無保證，工作面回收率僅25％。通過技術論證和系統(tǒng)改造，首采放頂煤工作面配備了自行研制開發(fā)的ZF4600/19/30型低位放頂煤液壓支架，與MG375—W型采煤機、SGZ—630/220前部運輸機和SGZ—764/400后部運輸機配套。工作面月產12萬t，頂煤回收率70％以上，工作面回收率75%以上，百萬噸死亡率為零，年生產能力由技術提升前的15萬t提高到目前的120萬t。工作面現(xiàn)場見圖2。

圖2   南陽坡礦綜放工作面

 

3.1.2  研究開發(fā)“三軟”煤層綜采放頂煤開采技術

軒崗煤電公司開采寧武煤田,其所屬礦井相對瓦斯涌出量最大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。由于開采難度大、效率低，礦井處于停產狀態(tài)。通過進行“三軟”煤層綜采放頂煤開采技術攻關，工作面選用ZF3100/16/26型液壓支架，首次在焦家寨礦成功實現(xiàn)了“三軟”煤層低位綜放開采，并在梨園河、劉家梁礦進行了推廣應用。使軒崗煤電公司由原來年生產能力70萬t提升到400萬t，資源回收率提高30％以上。

3.1.3 應用企業(yè)專有技術首創(chuàng)二疊系堅硬頂板條件煤層的綜合機械化開采

王坪礦開采二迭系山西組4^＃煤層，煤層厚度0.4—7m，平均3m。原采用刀柱倉房炮采，木柱支護，支護強度小，頂板難以有效控制，工作面月產平均5475t，工作面回收率30％，安全生產無保證。技術提升改造后，首采1814工作面長120m，走向680m，采高2.8m，設備選用ZZ4000-1.7/2.5型液壓支架、MG300/690-W型采煤機和SGB-764/264刮板輸送機。

由于山4^＃煤層頂板為12m厚的堅硬砂巖，首次采用了堅硬頂板控制專有技術對工作面頂板進行爆破弱化，使1814工作面得以安全采出，單產和效益得到提高，工作面回收率提高50％以上，實現(xiàn)了二疊系山西組4^＃煤層整體砂巖堅硬頂板條件下綜合機械化開采。

3.1.4  其他開采方法

王坪礦應用短壁綜采技術，使用MG-250/300-NWD采煤機，實現(xiàn)了復雜地質條件下邊角煤的安全開采。

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。以前由于技術落后無法采出，資源浪費嚴重。通過裝備兩套薄煤層綜采，工作面長120m，走向1200m，單面月產3.8萬噸，回收率達到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)專有技術，配置了ZZ5600/16/26綜采支架，使12^#—2層1170萬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)合開采

王坪礦井田面積8.9km²，剩余可采儲量2834萬t，生產能力120萬t/a，地面儲裝運系統(tǒng)設施配套齊全，電氣化鐵路直接與北同蒲鐵路接軌，煤炭外運便利。小峪礦井田面積15.1km²，可采煤層有5層，下水平的5^#、8^#煤層尚未開采，剩余可采儲量33400萬t，生產能力120萬t/a，煤炭外運條件較差。

通過資源整合，把王坪礦平峒進行延伸，采用一個7m直徑、29m深煤倉和一條16°皮帶暗斜井與小峪礦的二水平連接，形成運煤系統(tǒng)，另外用一條14°暗斜井連接小峪礦二水平，形成通風、運料、行人系統(tǒng)。小峪礦二水平產煤通過儲煤倉進入王坪礦延伸平峒外運。

利用王坪礦的外運條件，結合小峪礦的開采能力優(yōu)勢，整合兩礦煤炭資源，實施聯(lián)合開采。將兩礦井合為一個井田，統(tǒng)籌規(guī)劃集約化生產，變礦界煤柱為可采資源，增加了可采儲量，形成了500萬t/a的生產能力。發(fā)揮各礦井地面及井下的系統(tǒng)能力，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補。

3.2.2 東周窯—馬口聯(lián)合技術改造

兩個礦井有5個出煤井口，年產量不足100萬t。各井口均無獨立的通風系統(tǒng)。將兩礦的煤炭資源進行整合，對原有井筒進行優(yōu)化利用，形成了年產240萬噸的大型礦井。

3.2.3 協(xié)調生產布置，平衡采掘關系，保證礦井持續(xù)發(fā)展

合理進行生產部署，及早開拓新盤區(qū)、新煤層、新水平。共開拓新盤區(qū)9個，增加準備煤量12650萬t，對5對礦井進行了開拓延深，增加開拓煤量4300萬T。

 

3.3 掘進與支護技術提升

15座中小礦井技術提升前共有81個炮掘工作面，掘采混合不清，全部采用手工炮掘和三輪、畜力車運輸，工作面單進水平低。技術提升共裝備了16套綜掘裝備，24條掘進作業(yè)線，取消了54個手工炮掘工作面和全部三輪、畜力車。礦井巷道原采用木柱或木棚支護，南陽坡礦為裸體巷道，目前已推廣應用了錨桿錨索聯(lián)合支護技術，滿足了安全生產要求。

3.4 環(huán)節(jié)能力改造

改造前礦井提升多為串車，無輔助運輸，部分礦為單回路供電，或使用10kv農用電。技術改造后，具備條件的礦井全部改造為膠帶化運輸提升，“大傾角強力皮帶”、“曲線拐彎皮帶”在南陽坡、陽方口、王坪礦得到了成功應用。共安裝斜井人車6部，改造礦井地面變電站8座，建立井下變電所18座，電壓等級由原10kv改造為3.5—11萬v，全部實現(xiàn)了雙回路供電。礦井生產能力由2002年的930萬t提高到2005年的2060萬t。

礦井綜合技術提升實施狀況見表2。

      礦井綜合技術提升實施狀況                 表2

礦  別		剩余可采儲量（萬t）	原有能力 （萬t/a）	提升后 能力（萬t/a）	原開采方式 及隊組	提升后開采 方式及隊組
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掘進作業(yè)線4炮掘
青磁窯		4266	120	120	2高檔2炮采 3掘進作業(yè)線3炮掘	2綜采3掘進作業(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掘進作業(yè)線2炮掘
南陽坡		9300	15	120	2炮采2炮掘	1綜放2掘進作業(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開拓	2綜放2高檔2綜掘 3炮掘2開拓
梨園河		9930	30	90	2高檔 2炮掘1開拓	1綜放2綜掘 1炮掘1開拓
焦家寨		4568	60	150	3高檔 3炮掘	1綜放2綜掘 1炮掘1開拓
合計		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掘進作業(yè)線 25炮掘

3.5 安全保障技術

針對各礦井通風系統(tǒng)不合理，無安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，礦井安全保障程度低，抗災能力差的狀況，通過配置安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，完善通風設施，優(yōu)化通風網(wǎng)絡，調整通風系統(tǒng)，降低風量漏損，在高瓦斯礦井建立抽放系統(tǒng)等，提高了礦井抗災能力?，F(xiàn)已投入安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)12套，新建瓦斯抽放系統(tǒng)4套，調整了11個礦通風系統(tǒng)，增設專用回風巷16條，更換礦井主扇12臺，改造通風巷道2萬余m。

 

4 應用情況

該綜合技術現(xiàn)已應用在王坪、陽方口、南陽坡、焦家寨等19對礦井，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房高冒式等落后的開采方法，提高了生產效率，改善了采掘現(xiàn)場的生產環(huán)境，使中小礦井總體生產能力由1375萬t/a提高到2450萬t/a，凈增1075萬t/a，是技術提升前的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%。煤炭年產量由2003年的492.5萬t提高到2004年的1670萬t，凈增1177.5萬t?？焖俚貙崿F(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采的過渡，大幅度提高了中小礦井生產能力和社會經(jīng)濟效益。

 

5 結論

5.1 在大同煤田研究成功了石炭二迭系低位放頂煤開采新技術，為石炭二迭系特厚煤層應用低位放頂煤開采技術做了開拓性的工作。

5.2 在寧武煤田研究成功了“三軟”煤層低位放頂煤綜放開采新技術，形成了石炭二迭系“三軟”煤層高效、高回收率安全開采成套技術。

5.3 研究形成了一套具有高技術支撐平臺的中小礦井資源整合和水平提升技術體系。

5.4 發(fā)揮國有大型煤炭企業(yè)技術、裝備和人才優(yōu)勢，使中小礦井在短期內大幅度提升技術與裝備水平，改善安全狀況，提高生產能力和回收率，步入正規(guī)化礦井，開創(chuàng)了新的途徑。

 

 

 

 

作者簡介：

王愛國，男，1988年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院采礦工程專業(yè)，現(xiàn)同煤集團技術中心從事煤礦科研工作，高級工程師。

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