關(guān)于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

大同煤田侏羅紀(jì)5m煤層堅(jiān)硬頂板條件下一次采全高工藝

尹達(dá)君

摘要   介紹了大同煤礦集團(tuán)公司四老溝礦在大采高工藝的頂板管理、巷道布置、經(jīng)濟(jì)效益，總結(jié)了大采高開采的可行性。

關(guān)鍵詞  堅(jiān)硬頂板；一次采全高；實(shí)踐

1、概況

      厚煤層(大于3.5米)具有儲(chǔ)量優(yōu)勢，也是實(shí)現(xiàn)工作面、礦井高產(chǎn)高效的基本條件，然而目前世界各國在厚煤層開采方面大都沿用傳統(tǒng)的分層開采方法，沒有將厚煤層的儲(chǔ)量優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量和效益優(yōu)勢，為了大力發(fā)展厚煤層的儲(chǔ)量優(yōu)勢，大同煤礦集團(tuán)公司2002年上馬一套以國產(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，因此通過技術(shù)創(chuàng)新研究探索該類煤層的開采方法，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盤區(qū)概括

四老溝礦14#層404盤區(qū)位于井田西北部，煤層厚3.5～8.84米，盤區(qū)采用雙翼布置，走向長2400米，傾向長度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盤區(qū)巷道實(shí)測見煤點(diǎn)及盤區(qū)21個(gè)鉆孔資料分析，盤區(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

該盤區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，地層傾角平緩，一般3～5^。，盤區(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，對開采影響不大。盤區(qū)西翼有火成巖墻出露，對其兩側(cè)煤層有烘烤現(xiàn)象，但對煤層開采影響不大。

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

盤區(qū)西部小窯正開采11#層，北部城區(qū)達(dá)子溝開采11#層和14#層。本盤區(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#層盤區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量2941.0萬噸，可采儲(chǔ)量1711.2萬噸。404盤區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量1295.3萬噸，可采儲(chǔ)量753.7萬噸。404東盤區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量1646．7萬噸，可采儲(chǔ)量957.5萬噸。

3、采煤工藝

3．1設(shè)備選型

采煤機(jī)使用德國艾柯夫生產(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米煤層留頂煤開采，小于4.8米見頂見底。

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。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)，錨索長度6.3米，錨栓長度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)律以及對開采工藝的影響有其特殊性。

4．1工作面來壓規(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)工作面老頇初次來壓，基本頂初次來壓時(shí)來壓預(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。來壓后，中部有個(gè)別支架安全閥開啟，根據(jù)老頂分級(jí)指標(biāo)結(jié)合老頂初次來壓步距為54.5米，判斷在工作面老頂屬于II級(jí)來壓明顯。

工作在開采800米段過程中，進(jìn)行了全面的礦壓觀察，從觀察結(jié)果來看，本工作面周期來壓始終基本頂中部來壓次數(shù)多且強(qiáng)度大，頭、尾部來壓次數(shù)少且強(qiáng)度小，來壓強(qiáng)度的平均為1.26，周期來壓步距在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

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：因本工作面見頂見底，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渡到兩順槽頂板，即從順槽頂板起2^。起坡緩慢過渡到工作面采高，頭尾過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，在開采過程中，過煤柱壓力顯現(xiàn)特別明顯，片幫深度最大達(dá)到2米，安全閥80%開啟，采取調(diào)斜工作面，打開二級(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)段煤炭開采率，以1 4^#層404盤區(qū)煤層厚3.5～8．84米，原設(shè)備開采3.2～3.3米，對于平均煤厚5.1米煤層，損失1.8米，厚度損失占35.3%，按此計(jì)算，盤區(qū)僅煤厚損失就達(dá)600萬噸，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，投資利潤高；設(shè)備投資1.1億元，按全礦成本80元／噸計(jì)算噸煤銷價(jià)110元，全年效益200×30=6000萬元，投資利潤率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?，并為降低掘進(jìn)率、緩和采掘關(guān)系、簡化生產(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米的開采具有示范和推廣意義。

作者簡介：

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。