1、概況
厚煤層(大于3.5米)具有儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn)工作面、礦井高產(chǎn)高效的基本條件，然而目前世界各國(guó)在厚煤層開(kāi)采方面大都沿用傳統(tǒng)的分層開(kāi)采方法，沒(méi)有將厚煤層的儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量和效益優(yōu)勢(shì)，為了大力發(fā)展厚煤層的儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)，大同煤礦集團(tuán)公司2002年上馬一套以國(guó)產(chǎn)為主，關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)的大采高綜采設(shè)備。
大同礦區(qū)5米厚煤層儲(chǔ)量豐富，僅大同煤礦集團(tuán)公司所采區(qū)域的可采儲(chǔ)量就達(dá)1.7 5億噸，因此通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新研究探索該類(lèi)煤層的開(kāi)采方法，進(jìn)行一次采全高技術(shù)裝備與配套工藝攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)這一厚煤層的高產(chǎn)高效，高資源回收率的開(kāi)采，成為大同煤礦集團(tuán)公司函待解決的技術(shù)難題。
2、地質(zhì)情況
2．1盤(pán)區(qū)概括
四老溝礦14#層404盤(pán)區(qū)位于井田西北部，煤層厚3.5～8.84米，盤(pán)區(qū)采用雙翼布置，走向長(zhǎng)2400米，傾向長(zhǎng)度1804～2334米，平均20676米，蓋山厚度214～387米，平均320米。
2．2煤層條件
據(jù)已掘14#層404盤(pán)區(qū)巷道實(shí)測(cè)見(jiàn)煤點(diǎn)及盤(pán)區(qū)21個(gè)鉆孔資料分析，盤(pán)區(qū)巷東部煤層厚度3.5～8.84米，厚度變化大，煤層結(jié)構(gòu)單一；西部煤層厚度3.57～5.41米，平均4.59米。14#層為暗煤、亮煤為主。原煤灰分8.79％，屬低灰煤；硫分含量平均都低于1％、為0.89%;發(fā)熱量6333千卡/公斤，煤種為二號(hào)弱粘煤。
2．3地質(zhì)構(gòu)造
該盤(pán)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層傾角平緩，一般3～5。，盤(pán)區(qū)內(nèi)共有斷層4條，落差大于5米1條，落差l～2米3條，其中最大一條斷層在l4#層404盤(pán)區(qū)東翼，落差2．0～6．8米。本區(qū)地質(zhì)大同向斜軸影響，有褶曲構(gòu)造，對(duì)開(kāi)采影響不大。盤(pán)區(qū)西翼有火成巖墻出露，對(duì)其兩側(cè)煤層有烘烤現(xiàn)象，但對(duì)煤層開(kāi)采影響不大。
2．4頂?shù)装迩闆r
偽頂為灰色粉砂巖，厚0.35米；直接頂以灰白色細(xì)耱巖及中粗巖為主，層厚0.79～6.8米，平均6.6 8米；老頂為深灰色粉耱巖互層，層厚12.8米以上；直接頂為灰褐色粉耱巖，層厚0.9 5～9.8 7米，平均2.7 6米。
2．5上覆下浮采掘情況
盤(pán)區(qū)西部小窯正開(kāi)采11#層，北部城區(qū)達(dá)子溝開(kāi)采11#層和14#層。本盤(pán)區(qū)除2#、11#、層工采外，其余大部分煤層厚度小于0.8未采，2#層距本層間距192米，11#層距本層間距28.5米左右。
2．6水文地質(zhì)條件
地表屬里河水系，本層及上覆1l#層頂?shù)装鍘r石中無(wú)含水層，低沼氣煤層，煤層爆炸指數(shù)40％。
2．7儲(chǔ)量
2000年底核實(shí)確定14#層盤(pán)區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量2941.0萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量1711.2萬(wàn)噸。404盤(pán)區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量1295.3萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量753.7萬(wàn)噸。404東盤(pán)區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量1646．7萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量957.5萬(wàn)噸。
3、采煤工藝
3．1設(shè)備選型
采煤機(jī)使用德國(guó)艾柯夫生產(chǎn)的SL一5 0 0型雙滾筒搖臂式。支架使用ZZ9900／29.5／50支撐掩護(hù)式，由北京煤機(jī)廠和鄭州煤機(jī)廠生產(chǎn)。刮板輸送機(jī)使用SGZ1000／1050型轉(zhuǎn)載機(jī)使用SZZ1000／375型。皮帶自移尾裝置ZY2700型均由張家口煤機(jī)廠生產(chǎn)。皮帶使用SSJ1200／3×250G由廣東石龍煤機(jī)廠生產(chǎn)。
3．2采煤工藝
采煤機(jī)割煤采用雙向割煤法，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，采高一般控制在4.8米左右，大于4.8米煤層留頂煤開(kāi)采，小于4.8米見(jiàn)頂見(jiàn)底。
工作面采用正循環(huán)作業(yè)方式，采煤機(jī)進(jìn)刀采用在工作面頭、尾割三角煤的斜切進(jìn)刀方式，其工藝過(guò)程為：頭、尾部斜切進(jìn)刀一正常割煤一移架一移溜。
3．3巷道布置
工作面采用雙巷布置方式，巷道沿傾向布置，切眼沿走向布置。機(jī)軌合一巷寬x高=5.0×3.5，用于出煤、進(jìn)風(fēng)蒹存放設(shè)備列車(chē)。軌道巷道 寬×高=4.3×3.5，用于運(yùn)料、回風(fēng)。切眼寬×高=8.4×4.0，一次成巷。巷道采用錨栓、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，另加金屬網(wǎng)和護(hù)幫網(wǎng)，錨索長(zhǎng)度6.3米，錨栓長(zhǎng)度2.0米。$Page_Split$
4、頂板管理
工作面高度增大以后，工作面的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律以及對(duì)開(kāi)采工藝的影響有其特殊性。
4．1工作面來(lái)壓規(guī)律觀察
首采工作面8402當(dāng)工作面推進(jìn)20米時(shí)，古塘偽頂全部垮落，同時(shí)直接頂開(kāi)始垮落，推進(jìn)至30米時(shí)，工作面中部30#—86#架古塘直接頂基本垮落，結(jié)合切巷的支護(hù)情況判斷直接頂初次垮落步距在22—36米，平均為25米。
當(dāng)工作面推進(jìn)至5 3—57米時(shí)工作面老頇初次來(lái)壓，基本頂初次來(lái)壓時(shí)來(lái)壓預(yù)兆不大明顯，壓力顯現(xiàn)時(shí)工作面中部較尾部明顯，尾部較頭部明顯動(dòng)載系數(shù)為：中部1.21，尾部1.16，頭部1.08。來(lái)壓后，中部有個(gè)別支架安全閥開(kāi)啟，根據(jù)老頂分級(jí)指標(biāo)結(jié)合老頂初次來(lái)壓步距為54.5米，判斷在工作面老頂屬于II級(jí)來(lái)壓明顯。
工作在開(kāi)采800米段過(guò)程中，進(jìn)行了全面的礦壓觀察，從觀察結(jié)果來(lái)看，本工作面周期來(lái)壓始終基本頂中部來(lái)壓次數(shù)多且強(qiáng)度大，頭、尾部來(lái)壓次數(shù)少且強(qiáng)度小，來(lái)壓強(qiáng)度的平均為1.26，周期來(lái)壓步距在l5—28米之間，平均16.5米。
4．2采空區(qū)頂板管理
工作面開(kāi)采采空區(qū)頂板管理方法為自然垮落結(jié)合人工強(qiáng)制放頂，初次放頂步距為28米，步距放頂為20米。
初次放頂步距參數(shù)表
|
序號(hào) |
項(xiàng)目名稱(chēng) |
單位 |
炮眼名稱(chēng) |
|||||
|
A1、A2 |
B1、B2 |
C1、C2 |
D1、D2 |
E1、E2 |
F1、F2 |
|||
|
1 |
炮眼長(zhǎng)度 |
米 |
32 |
34 |
36 |
39 |
43 |
26 |
|
2 |
炮眼水平角 |
度 |
|
19 |
29 |
38 |
45 |
90 |
|
3 |
炮眼垂直角 |
度 |
28 17 |
28 16 |
25 15 |
23 14 |
21 12 |
33 17 |
|
4 |
炮眼個(gè)數(shù) |
個(gè) |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
5 |
炮眼直徑 |
mm |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
|
6 |
炸藥密度 |
g/cm3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
|
7 |
每米裝藥量 |
kg/m |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
|
8 |
裝藥長(zhǎng)度 |
米 |
17 18 |
18 19 |
19 20 |
21 22 |
23 24 |
14 14 |
|
9 |
裝藥重量 |
kg |
56 60 |
60 64 |
64 68 |
70 73 |
76 80 |
46.5 |
|
10 |
充填物長(zhǎng)度 |
米 |
10 |
10 |
10 |
15 |
15 |
12 |
|
11 |
導(dǎo)爆索長(zhǎng)度 |
米 |
68 |
72 |
76 |
82 |
90 |
56 |
|
12 |
雷管個(gè)數(shù) |
個(gè) |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
13 |
雷管段數(shù) |
段 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
|
14 |
炸藥種類(lèi) |
高威力炸藥 |
||||||
4．3頂板管理技術(shù)措施
兩順槽及切巷防護(hù)措施：超前支護(hù)由原20米，增加到50米，雙排單體支柱，對(duì)上方煤柱地段進(jìn)行加固，架設(shè)工字鋼棚或錨索帶工字鋼梁。
機(jī)道頂板護(hù)幫：因本工作面見(jiàn)頂見(jiàn)底，割平頂板底板，頂板破碎時(shí)實(shí)行超前移架，擦頂移架等方法，盡可能確保機(jī)道頂板完整。
工作面內(nèi)特殊地段機(jī)道過(guò)渡段落的頂板管理，由于兩順槽沿底留頂，掘巷高度3.5米，工作面采高4.8米有一段高差，所以工作面頂板要以一定的角度緩慢過(guò)渡到兩順槽頂板，即從順槽頂板起2。起坡緩慢過(guò)渡到工作面采高，頭尾過(guò)渡段一定要保持坡度平緩，避免突變臺(tái)階，保證支架頂梁接頂效果。
過(guò)上層煤柱安全技術(shù)措施：上覆11#層距本層間距平均30米，上部有兩條20～30米的煤柱，在開(kāi)采過(guò)程中，過(guò)煤柱壓力顯現(xiàn)特別明顯，片幫深度最大達(dá)到2米，安全閥80%開(kāi)啟，采取調(diào)斜工作面，打開(kāi)二級(jí)護(hù)壁板，提高初撐力等措施。
5、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)
①由于采高增大，大大提高了現(xiàn)有區(qū)段煤炭開(kāi)采率，以1 4#層404盤(pán)區(qū)煤層厚3.5～8．84米，原設(shè)備開(kāi)采3.2～3.3米，對(duì)于平均煤厚5.1米煤層，損失1.8米，厚度損失占35.3%，按此計(jì)算，盤(pán)區(qū)僅煤厚損失就達(dá)600萬(wàn)噸，采用于4.8米一次采全高，僅煤厚度的回收就可提高30％，并與回收可采原煤513萬(wàn)噸。
②根據(jù)8402工作面生產(chǎn)情況，因受全礦環(huán)節(jié)能力影響，大采高日產(chǎn)可達(dá)8000噸/日。
經(jīng)濟(jì)效益：設(shè)備投資回收期短，投資利潤(rùn)高；設(shè)備投資1.1億元，按全礦成本80元／噸計(jì)算噸煤銷(xiāo)價(jià)110元，全年效益200×30=6000萬(wàn)元，投資利潤(rùn)率6000／11000=54.5％。工效：81噸／(工、天)。
6、結(jié)論
實(shí)踐表明，大采高一次采全高工作面取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，一般情況下，其主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要優(yōu)于分層綜采工作面，大采高綜采工作面的單產(chǎn)要比同一煤層條件下的分層綜采工作面提高2.6～4倍，而開(kāi)采工效則要高16倍，堅(jiān)硬頂板條件下的一次采全高，已在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Γ榻档途蜻M(jìn)率、緩和采掘關(guān)系、簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)和安全生產(chǎn)提供了條件。因此，在大同礦區(qū)“兩硬’’條件下進(jìn)行采高5米的開(kāi)采具有示范和推廣意義。
作者簡(jiǎn)介：
尹達(dá)君(1964～)男，大學(xué)文化程度，高級(jí)工程師，現(xiàn)任四老溝礦總工程師。
