伯方煤礦綜放及大采高綜采可行性對(duì)比分析

袁志剛

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司，山西晉城 048000）

伯方煤礦綜放及大采高綜采可行性對(duì)比分析

袁志剛

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司，山西晉城 048000）

由于伯方煤礦現(xiàn)有放頂煤采煤法采出率低，通過理論分析與數(shù)值模擬對(duì)現(xiàn)有2種技改方案進(jìn)行了技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)比較。結(jié)果表明:可通過增大工作面長(zhǎng)度和推進(jìn)長(zhǎng)度來提高初、末采及端頭采出率，采用雙輪間隔放煤方式來提高頂煤采出率，技改后可創(chuàng)凈利潤(rùn)約25.6225億元;伯方煤礦采用大采高一次采全厚采煤法在技術(shù)上是可行的，后期效益也很可觀，可創(chuàng)凈利潤(rùn)30.93897億元。

綜放開采;大采高綜采;可行性;采出率

Contrastive Analysis of Feasibility of Full-mechanized Caving Mining and Full-mechanized Mining in Bofang Colliery

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司所屬礦井目前均為放頂煤開采，主采3號(hào)煤為優(yōu)質(zhì)無煙煤。由于綜放開采存在端頭、初采、末采及頂煤放不凈等損失，工作面資源采出率較低，一般在80%左右，而3號(hào)煤層剩余可采儲(chǔ)量有限，為提高工作面的資源采出率，需要對(duì)各礦井進(jìn)行大采高綜采可行性和放頂煤綜采優(yōu)化比較分析，從煤層地質(zhì)條件、系統(tǒng)能力配套、生產(chǎn)接續(xù)、煤炭采出率等方面進(jìn)行論證，以期進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高效益，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，實(shí)現(xiàn)煤炭開采的效益最大化。

1 地質(zhì)條件綜述

伯方煤礦位于山西省高平市境內(nèi)，井田東西寬4.3km，南北長(zhǎng)6.1km，生產(chǎn)能力1.80Mt/a，井田可采儲(chǔ)量279.30Mt，主采3號(hào)煤層，煤層賦存條件好，地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，瓦斯含量低，屬于不易自燃煤層，地溫、地壓穩(wěn)定。3號(hào)煤層平均厚度5.25m，有0.1～0.24m的黑色泥巖和炭質(zhì)泥巖偽頂;直接頂為厚層灰黑色粉砂巖，性脆，井田中部變?yōu)槟媳毕虻拇稚皫r;頂板以上0～9.37m（一般為1～3m）有厚層中粗砂巖，一般厚10m以上，泥質(zhì)膠結(jié)，為3號(hào)煤層的基本頂或直接頂，裂隙發(fā)育中等，不易冒落，開采時(shí)易管理，屬Ⅱ～Ⅲ類頂板，其柱狀圖見圖1。

2 礦井綜放開采現(xiàn)狀及技改后經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1 礦井綜放開采現(xiàn)狀

圖1 伯方煤礦綜合柱狀

工作面長(zhǎng)度及推進(jìn)長(zhǎng)度直接影響工作面煤炭的采出率，當(dāng)工作面長(zhǎng)度越短時(shí)，煤柱損失的資源量就越大，當(dāng)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度越短時(shí)，初、末采煤炭損失量所占的比例也就越大，因此，適當(dāng)加大工作面長(zhǎng)度和推進(jìn)長(zhǎng)度是提高采出率的重要途徑。伯方煤礦一直采用綜采放頂煤開采技術(shù)，工作面長(zhǎng)度一般為150m，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度平均為950m，煤柱尺寸一般為20～32m。伯方煤礦已采工作面初、末采及端頭煤炭損失量見表1～3。

表1 伯方煤礦已采工作面初采損失情況

表2 伯方煤礦已采工作面末采損失情況

表3 伯方煤礦已采工作面端頭損失情況

伯方煤礦3號(hào)煤層屬中硬煤層，頂煤具有很好的冒放性，工作面的頂煤回收率約為77%。

2.2 綜放開采整改措施及效益分析

為了提高伯方煤礦綜放開采的采出率，可采用增大工作面長(zhǎng)度及推進(jìn)長(zhǎng)度來提高工作面的初、末采及端頭頂煤的采出率，通過優(yōu)化放煤參數(shù)來提高頂煤的放出率［1］。

通過對(duì)伯方煤礦的地質(zhì)條件、技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行分析，采用理論分析與FLAC3D數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)工作面長(zhǎng)度及推進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)行了分析，確定伯方煤礦工作面長(zhǎng)度可增加到220m，推進(jìn)長(zhǎng)度可增大到1260m，工作面的護(hù)巷煤柱尺寸可縮短為10m。

采用PFC2D數(shù)值模擬軟件對(duì)放煤方式進(jìn)行了模擬分析，如圖2所示。

通過對(duì)放出結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得不同放煤方式頂煤采出率的統(tǒng)計(jì)直方圖，如圖3所示。通過對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行分析可知，采用雙輪順序放煤的頂煤放出率最高，可達(dá)88.18%。

圖2 不同放煤方式的放煤效果

圖3 不同放煤方式頂煤采出率

伯方煤礦綜放開采技術(shù)經(jīng)過改進(jìn)后，工作面頂煤回收率達(dá)到了80.0%，比原來綜放工作面頂煤回收率提高4%，工作面采出率達(dá)到了87.8%，比原來綜放工作面采出率提高2%。盤區(qū)平均采出率達(dá)到了83.4%，比原來綜放盤區(qū)平均采出率提高8.2%，整個(gè)礦井實(shí)際采出總煤量比原綜放工藝多5.15Mt，按噸煤利潤(rùn)500元 （參考值）計(jì)算，可創(chuàng)利潤(rùn)257500萬元。

由于工作面長(zhǎng)度增加到220m，原有液壓支架的數(shù)量不足，需要增加液壓支架47架，更換2臺(tái)刮板輸送機(jī)，共計(jì)需要投入約1375萬元。經(jīng)過技術(shù)改造后，伯方煤礦可創(chuàng)凈利潤(rùn)約25.6225億元。

3 大采高綜采技術(shù)參數(shù)及經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 工作面參數(shù)確定及設(shè)備選型

綜合機(jī)械化采煤工作面長(zhǎng)度一般在150m以上，隨著大采高的發(fā)展，工作面長(zhǎng)度有逐漸加長(zhǎng)的趨勢(shì)。工作面長(zhǎng)度的主要影響因素有［2－3］:

（1）地質(zhì)因素，包括煤層厚度、傾角、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等。

（2）設(shè)備和技術(shù)因素，包括采煤機(jī)、輸送機(jī)、頂板控制、工作面通風(fēng)巷道布置等。

（3）經(jīng)濟(jì)因素。

（4）生產(chǎn)能力與系統(tǒng)配套等。

伯方煤礦生產(chǎn)能力比較小，原綜采的區(qū)段長(zhǎng)度在150～175m，采用比較合適的工作面長(zhǎng)度，工人與技術(shù)人員較為熟悉，在生產(chǎn)中便于管理，所以不宜采用較長(zhǎng)的工作面。

根據(jù)不同采煤工藝方式確定的工作面長(zhǎng)度優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下［4］:

式中，Q為工作面月產(chǎn)量，t;L為工作面長(zhǎng)度，m;A為綜采單產(chǎn)提高系數(shù)，取6.15;H為采高，取5.2m;B為截深，0.8m;B1為工作面長(zhǎng)度修正系數(shù)，取0.74;γ為煤層密度，取1.45t/m3;C為采出率，取95%。由此可得伯方煤礦工作面長(zhǎng)度與工作面月單產(chǎn)的關(guān)系曲線，見圖4所示。

圖4 工作面長(zhǎng)度與月單產(chǎn)關(guān)系曲線

通過對(duì)上述關(guān)系曲線進(jìn)行分析可知，伯方煤礦大采高綜采工作面長(zhǎng)度在150～220m單產(chǎn)水平最高，且產(chǎn)量變化平緩，屬較優(yōu)工作面長(zhǎng)度范圍?？紤]到開采過程中受到地質(zhì)條件影響，工作面不宜布置太長(zhǎng)，最終確定工作面長(zhǎng)度為175m。

結(jié)合伯方煤礦具體的地質(zhì)條件，通過對(duì)支架工作阻力及工作面采高進(jìn)行計(jì)算，確定支架型號(hào)為ZY9400/28/62型掩護(hù)式大采高支架，配套 SL－500型交流電牽引采煤機(jī)及SGZ－1000/1400型工作面刮板輸送機(jī)，可以很好滿足礦井對(duì)產(chǎn)量、安全等的要求。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

為了充分發(fā)揮大采高綜采技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，伯方煤礦現(xiàn)有的運(yùn)煤系統(tǒng)、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)都需要進(jìn)行改造，共需要投資3110.3萬元，采購(gòu)大采高綜采成套設(shè)備，需投資2億元，共計(jì)總投資約2.311億元。

工作面采出率比原來綜放工作面采出率高9.3%，盤區(qū)平均采出率也比原來綜放盤區(qū)采出率高13.3%，整個(gè)礦井實(shí)際采出總煤量比原綜放工藝多6.65Mt，創(chuàng)造利潤(rùn)33.25億元，凈利潤(rùn)可達(dá)30.939億元。

綜上可知，伯方煤礦實(shí)施大采高開采的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。

4 結(jié)論

（1）伯方煤礦原綜放開采技術(shù)存在效率低、采出率低等缺點(diǎn)，通過將工作面長(zhǎng)度增加到220m、推進(jìn)長(zhǎng)度增加到1260m、工作面護(hù)巷煤柱尺寸縮短為10m，可提高工作面初、末采及端頭采出率。

（2）采用雙輪順序放煤的頂煤采出率可達(dá)88.18%，明顯高于單輪順序放煤和單輪間隔放煤，綜放工藝技改后可創(chuàng)凈利潤(rùn)約25.6225億元。

（3）伯方煤礦實(shí)施大采高開采在技術(shù)上是可行的，大采高綜采技術(shù)方案確定的工作面長(zhǎng)度為175m，采用ZY9400/28/62型掩護(hù)式大采高支架配套SL－500型交流電牽引采煤機(jī)及SGZ－1000/ 1400型工作面刮板輸送機(jī)。通過提高資源采出率，煤礦增加30.939億元。

［1］劉俊峰.中小煤礦綜放工作面加長(zhǎng)對(duì)支護(hù)強(qiáng)度影響分析［J］.煤礦開采，2010，13（5）:80－82.

［2］張銀亮.國(guó)產(chǎn)大采高液壓支架的研究現(xiàn)裝與發(fā)展趨勢(shì) ［J］.煤礦開采，2008，13（6）:l－3.

［3］王國(guó)法.大采高技術(shù)與大采高液壓支架的開發(fā)研究［J］.煤礦開采，2009，14（1）:1－6.

［4］劉長(zhǎng)友，黃炳香，常興民，等.極軟厚煤層大采高臺(tái)階式綜采端面煤巖穩(wěn)定性控制研究［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，37（6）:734－742.

TD823.4 98

B

1006-6225（2011）04-0037-03

2010－11－15

袁志剛 （1968－），男，山西高平人，經(jīng)濟(jì)師，長(zhǎng)期從事企業(yè)管理及礦山技術(shù)管理工作。

［責(zé)任編輯:周景林］