特厚煤層分層低位放頂煤開采工藝及技術(shù)

周建國(guó),周 華

（大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦,山西大同 037021）

特厚煤層分層低位放頂煤開采工藝及技術(shù)

周建國(guó),周 華

（大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦,山西大同 037021）

論述了特厚煤層預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采工作面布置方法、回采工藝、頂煤破碎技術(shù)等,為我國(guó)特厚煤層安全高效開采探索出了一條科學(xué)的途徑。

特厚煤層;分層開采;低位放頂煤

忻州窯井田位于大同煤田的東北端,主向斜構(gòu)造的軸部,地質(zhì)條件復(fù)雜,煤巖層應(yīng)力集中,井田內(nèi)可采煤層現(xiàn)有 3層,其中 11號(hào)煤層為主采煤層:埋深 320～350m左右,煤厚 5.43～12.99m,平均厚度 8.74m,煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,煤層堅(jiān)固性系數(shù) f=4.4,密度 1.26～1.47t/m3,平均 1.33t/m3,煤種為 RN32。煤層局部有偽頂,為黑色炭泥巖或泥巖,厚 0～0.2m,抗壓強(qiáng)度 39.2MPa;直接頂和基本頂為灰色細(xì)砂巖,中粗砂巖,具炭質(zhì)薄膜形成的微波狀層理,厚 0～39m,平均厚 9m,抗壓強(qiáng)度108.7MPa,堅(jiān)固性系數(shù) f=11.1;底板為灰黑色粉砂巖,厚 2m。

目前同煤集團(tuán)忻州窯礦一次采全高低位放頂煤開采技術(shù)雖比較成熟,但在堅(jiān)硬煤層條件下仍存在破煤工藝復(fù)雜,采出率低的問題。經(jīng)過多年的實(shí)踐和研究認(rèn)為在堅(jiān)硬特厚煤層條件下采用預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)是技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠的科學(xué)的采煤方法。

1 預(yù)采上分層下分層低位放頂煤開采工藝

預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)就是先沿煤層頂板布置一個(gè)單一長(zhǎng)壁工作面,而后在底分層沿底板布置一個(gè)低位放頂煤工作面,在回采底分層的同時(shí)將底分層上部煤層低位放出,見圖 1。

圖1 預(yù)采頂分層底分層放頂煤開采

預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)根據(jù)上分層是否鋪網(wǎng)又分為:上層鋪網(wǎng)下層放頂煤和上層不鋪網(wǎng)下層放頂煤 2種方法。上世紀(jì)九十年代同煤集團(tuán)忻州窯礦在西二 11號(hào)層 8924和 8926上分層工作面進(jìn)行鋪網(wǎng)試驗(yàn)證實(shí)上分層鋪網(wǎng)存在如下缺陷:增加了成本,噸煤金屬網(wǎng)成本達(dá)到 6.1元;增加了鋪網(wǎng)工序,回采工藝復(fù)雜;扯網(wǎng)率達(dá) 6.4%,影響了開機(jī)率;金屬網(wǎng)容易銹蝕,限制了上下分層開采時(shí)間間隔,不利于正常銜接。鑒于以上原因,目前上分層鋪網(wǎng)下分層放頂煤開采方法已基本不用,最常采用的是上分層不鋪網(wǎng)底分層放頂煤開采方法。

上分層不鋪網(wǎng)底分層放頂煤開采的工作面布置形式一般有 2種:一是垂直布置法,見圖 2,上分層工作面沿頂布置 1條回風(fēng)、運(yùn)輸巷 1和 1條進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤巷 2;底分層工作面沿底布置 1條回風(fēng)、運(yùn)輸巷 3和 1條進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤巷 4。上分層的進(jìn)風(fēng)巷2、回風(fēng)巷 1和底分層的進(jìn)風(fēng)巷 4、回風(fēng)巷 3垂直布置;二是內(nèi)錯(cuò)布置法,見圖 3。上分層工作面巷道布置方式與垂直布置法相同,底分層工作面進(jìn)風(fēng)巷 4、回風(fēng)巷 3沿底布置,但分別與上分層進(jìn)風(fēng)巷2、回風(fēng)巷 1內(nèi)錯(cuò)布置。

圖2 放頂煤開采垂直布置法

圖3 放頂煤開采內(nèi)部布置法

在地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,煤巖層穩(wěn)定,礦壓顯現(xiàn)不明顯處一般采用上下分層巷道垂直布置。優(yōu)點(diǎn)有:煤炭采出率高,丟失煤量較少;開采工藝同普通單一煤層開采,工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是:沿底布置的底分層兩巷易受兩側(cè)煤柱壓力影響發(fā)生底鼓。

在壓力較大的區(qū)域或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域應(yīng)采用上下分層內(nèi)錯(cuò)布置方法。該方法不但具有垂直布置法的所有優(yōu)點(diǎn),而且有效地避開了兩側(cè)煤柱的影響,使下分層完全布置在無壓區(qū)。該方法缺點(diǎn)是由于內(nèi)錯(cuò)布置增加了下分層丟煤量。

2 預(yù)采上分層底分層低位放頂煤頂煤破碎技術(shù)

頂煤充分破碎是實(shí)現(xiàn)放頂煤開采的必要條件,預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采可通過以下途徑進(jìn)行頂煤有效破碎:

（1）開采上分層時(shí),可選擇噸位較大的支架進(jìn)行回采,比如 ZFS7500支架。在回采時(shí)通過支架碾壓和頂板對(duì)底煤的作用力可使支架下方 0.3～0.5m范圍內(nèi)煤層致裂或破碎。

（2）由于上分層已采空,采空區(qū)全部由冒落的矸石充填,存在形變空間,故在進(jìn)行底分層回采時(shí),采用支架頂梁多次頂起上部的完整頂煤 （每架 ZFS7500支架額定支撐力 765t）,使頂煤在支架頂梁上下運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的巨大作用力的作用下產(chǎn)生裂縫、增加裂縫、從而破碎。當(dāng)支架前移后使支架后頂煤處于暫時(shí)懸臂狀態(tài),但在其自身重力和上覆采空區(qū)堆矸重力作用下充分冒落。

放頂煤技術(shù)的關(guān)鍵在于頂煤破碎工藝,而預(yù)采上分層底層低位放頂煤開采技術(shù)的關(guān)鍵在于選用噸位較重、支撐力較大的支架和大功率的采煤機(jī),更關(guān)鍵的是在底分層移架時(shí)必須使支架頂梁上下作用使頂煤破碎。

（3）煤層注水。在開采上下分層時(shí),采用煤層注水的方式對(duì)煤層進(jìn)行弱化,既可起到硬煤弱化的作用,又可起到降塵的作用。

注水鉆具可采用 3kW巖石電鉆,三翼鉆頭施工,孔徑一般為 60mm。注水采用注水泵動(dòng)壓注水,壓力一般 4MPa。封孔采用膨脹型封孔器。注水時(shí)間至少 4d,噸煤注水量 25～40L。

（4）上分層開采過程中由于煤層灑水、采空區(qū)防火等工藝使底分層上部采空區(qū)有積水,這些積水經(jīng)過節(jié)理和煤層層理滲透到煤層中,對(duì)煤層起到弱化作用。

按照上述方法同煤集團(tuán)忻州窯礦在堅(jiān)硬特厚煤層條件下采用上分層不鋪網(wǎng),下分層內(nèi)錯(cuò)布置巷道底分層低位放頂煤開采技術(shù),創(chuàng)造了上分層日產(chǎn)達(dá)到 3000t,下分層放頂煤日產(chǎn)達(dá)到 4200t,總采出率達(dá)到 86%的驕人成績(jī)。

上分層不鋪網(wǎng)底分層放頂煤開采方法中,底分層主要配套設(shè)備有 MXG-700DA型采煤機(jī),ZFS7500型液壓支架等,配套設(shè)備見表 1、表 2。

表1 設(shè)備配套參數(shù)

表2 支架型號(hào)及主要參數(shù)

3 預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

與一次采全高低位放頂煤開采技術(shù)比較,預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):

（1）適用范圍廣 適用于各種復(fù)雜地質(zhì)條件下各類特厚煤層開采。

（2）采出率較高 一次采全高低位放頂煤煤層采出率一般為 70%,而預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)煤層采出率可達(dá)到 86%。

（3）掘巷率低 在硬煤層中一次采全高低位放頂煤工作面一般布置 5條巷道 （2條底巷,3條頂巷）,而預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采工作面只布置 4條巷道 （2條上分層巷道和 2條底分層巷道）。減少了掘進(jìn)巷道,有利于生產(chǎn)銜接。

（4）工序簡(jiǎn)單,提高了效率 在煤層較硬條件下一次采全高低位放頂煤技術(shù)一般都要施工頂煤預(yù)爆破孔進(jìn)行預(yù)爆破,工藝復(fù)雜,工作量大,而預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)不需要進(jìn)行頂煤預(yù)爆破。

（5）安全性好 上分層沿頂單一回采,工藝簡(jiǎn)單,安全可靠。底分層回采工作面布置在減壓區(qū),便于管理,安全可靠。

（6）成本低 上分層工作面沿頂布置,支護(hù)簡(jiǎn)單。底分層沿底布置,采用金屬棚支護(hù),回采時(shí)金屬棚基本都能回收復(fù)用。

4 結(jié)束語

預(yù)采上分層底分層低位放頂煤開采技術(shù)經(jīng)過大同礦區(qū)實(shí)踐證明,具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全高效等諸多優(yōu)點(diǎn),是適合于堅(jiān)硬特厚煤層科學(xué)開采的綜合機(jī)械化采煤方法。

[1]吳 健 .我國(guó)綜放開采技術(shù) 15年回顧 [J].中國(guó)煤炭,1999,25（1）:9-16.

[2]金智新,于海湧 .特厚煤層綜采放頂煤開采理論與實(shí)踐[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.

Technology of Low Caving Mining Extra-thick Coal-seam by Slices

ZHOU Jian-guo,ZHOU Hua
（Xinzhouyao Colliery,Datong Coal Group,Datong 037021,China）

Introducing face layout,mining technique,top-coal broken technology for bottom-slice low caving mining extra-thick coalseam and providing a scientific approach for safe and high-efficiencymining of extra-thick coal-seam.

extreme-thick coal-seam;slicesmining;low top-coal caving

TD823.4 9

A

1006-6225（2011）03-0068-02

2010-12-01

周建國(guó) （1956-）,男,山西陽高人,工程師,黨委書記,長(zhǎng)期從事堅(jiān)硬特厚煤層開采的研究和實(shí)踐工作。

[責(zé)任編輯:王興庫 ]