長溝峪礦安子采區(qū)15＃煤層采煤方法選擇研究

郭繼圣

（北京煤礦設計咨詢公司，北京市西城區(qū)，100120）

長溝峪礦安子采區(qū)15＃煤層采煤方法選擇研究

郭繼圣

（北京煤礦設計咨詢公司，北京市西城區(qū)，100120）

長溝峪安子采區(qū)地質條件復雜，結合采區(qū)工作面具體情況，從設備的選擇和資金的投入等方面，通過對各種采煤方法的綜合比較分析，認為走向長壁整體頂梁組合懸移支架采煤法，適應長溝峪安子采區(qū)的地質構造，且開采成本合理，能保證安全生產和提高資源回收率。

整體頂梁組合懸移支架 采煤方法 復雜地質條件 長溝峪煤礦

京煤集團昊華能源公司長溝峪煤礦安子采區(qū)，由于地質構造復雜，傾角大，該采區(qū)回采煤炭一直以短壁耙裝采煤法為主。該采煤法生產效率偏低、安全性較差，已經成為制約礦井生產進一步發(fā)展的主要問題，因此改革該采區(qū)的煤炭開采方法已經勢在必行。

1 采區(qū)概況

1.1 安子采區(qū)地質特征

安子采區(qū)內地質構造復雜，煤層傾角31°，小褶曲、小斷層十分發(fā)育。北一石門南側以小褶曲為主，小斷層次之；北一石門北側以小斷層為主，小褶曲次之。安子采區(qū)北一石門至西安正斷層之間小斷層較為發(fā)育，落差多在0.2～10m之間，斷層性質為張性正斷層，共有14條斷層。安子采區(qū)北一北石門南側發(fā)育一系列的小型褶皺構造。

圖1 安子采區(qū)采掘示意圖

1.2 安子采區(qū)概況

安子采區(qū)范圍南至4?？碧骄€，北至22?？碧骄€。安子采區(qū)－140～＋20m風井至北一石門15＃煤層共掘進區(qū)段巷道4條，一壁掘進切巷一條，一壁運輸巷與二壁回風巷間掘進聯絡巷8條，共計930m。安子采區(qū)15＃煤層可采區(qū)域主要分布在6＃勘探線至19?？碧骄€之間，走向長度為2100m。從＋20m、＋150m、＋280m和＋410m水平采掘資料分析，13?？碧骄€至14?？碧骄€之間，走向長度500m，區(qū)域煤層賦存最好，區(qū)內煤層大部分可采；14?？碧骄€至18?？碧骄€之間，走向長度600m，區(qū)域煤層賦存較好，區(qū)內煤層部分可采；13＃勘探線以南、18?？碧骄€以北，煤層賦存差，局部零星可采。采區(qū)正常涌水量為0.49m3／min，最大涌水量為1.63m3／min。該區(qū)內瓦斯平均絕對涌出量0.36m3／min。安子采區(qū)采掘圖見圖1，煤層頂底板巖性見表1。

表1 煤層頂底板巖性

2 采煤方法選擇

2.1 綜合機械化采煤法

綜合機械化開采是采煤工藝的重要發(fā)展方向，它具有高產、高效、低耗及勞動條件好、勞動強度小的優(yōu)點。因此，在選擇采煤方法時，應首先考慮選用綜合機械化采煤法。

（1）安子采區(qū)地質構造非常復雜，小褶曲、小斷層十分發(fā)育。小褶曲主要出露在煤層底板，沿走向和傾向兩個方向均發(fā)育；小斷層一般為正斷層，斷層沿煤層走向和傾向都有發(fā)育，斷層面傾角在60°左右，僅在一壁回風巷至二壁運輸巷圈定區(qū)域內探明的斷層就多達14條。如果采用綜合機械化采煤法，斷層的存在將會給工作面推進帶來較大障礙，為正常作業(yè)循環(huán)造成困難。

（2）一壁與二壁圈定地質煤量為34.4萬t，可采煤量為27.5萬t。一壁二壁圈定區(qū)域煤層概況見表2。在三壁工作面形成后，安子采區(qū)15＃煤層可采儲量僅為40萬t，其中可供綜采連續(xù)開采的合適煤層儲量僅為7.5萬t，如果采用綜合機械化采煤法，由于綜采設備的資金投入較大，會使經濟效益不理想，得不償失。

表2 一壁與二壁圈定區(qū)域煤層概況表

2.2 短壁綜合機械化采煤法

短壁綜合機械化開采具有機動靈活、適應性廣泛等優(yōu)點，尤其適合“三下”開采、不規(guī)則塊段開采和殘采區(qū)回收煤柱等。如果可以采用短壁綜合機械化采煤法，將使不易或無法布置長壁綜采工作面的煤層得到合理開采，從而提高資源回收率，有利于保障礦井安全，促進煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但是，安子采區(qū)煤層平均傾角達31°，與現有短壁綜采所選支架架型不適應，而重新購入支架及重做三機配套成本又過高，導致短壁綜合機械化開采投入資金過大，經濟效益不理想。

2.3 滑移支架放頂煤采煤法

滑移支架放頂煤采煤法是一種比較先進的采煤法，其投資少、見效快，適應性強，適用于厚度不穩(wěn)定等條件的煤層。

（1）滑移支架放頂煤采煤法所用的滑移支架是一種過渡支架，其類型介于單體液壓支柱和自移式液壓支架之間，成本約為綜放支架的1／5～1／10，而且既可以與機采配套，也可以與炮采（低瓦斯）配合。相對單體液壓支柱而言，滑移支架的穩(wěn)定性較好。這種價格低廉的支護設備，在我國中、小型礦井使用廣泛，是當前在一定程度上改善礦井回采支護、提高機械化水平的適用設備。

（2）工藝簡單，對煤層條件適應性強。比較容易實現難采煤層的高產高效，適合在煤層賦存條件差的情況下應用。

（3）在小褶皺控制下，15＃煤層呈狹長的條帶狀分布?；浦Ъ芊彭斆翰擅悍刹擅簩雍穸冗_6m，這在開采15＃煤層增厚部分（煤厚大于4m的煤層占所開采面積的40.25%）時，可以具有其他采煤法所不能比擬的優(yōu)勢，實現全厚采煤，有利于提高資源回收率。

（4）但在較大傾角（31°）工作面使用時，支架的穩(wěn)定性較差，遇到破碎的頂煤或頂底板時，支架的初撐力難以得到保證，因此對頂底板的控制效果差，不利于安全開采。

2.4 走向長壁整體頂梁組合懸移支架采煤法

整體頂梁組合懸移支架采煤法是一種設備投資較少，對煤層厚度的不穩(wěn)定性適應性較強的采煤法。

（1）整體頂梁組合懸移支架采煤法具有穩(wěn)定性好、對頂底板可起到全封閉控制和有利于發(fā)揮支架的初撐力與工作阻力等特點，因此在傾角大的15＃煤層開采中具有較好的安全效果。

（2）設備投資較少，工藝較簡單，對煤層厚度變化的適應性較好。該區(qū)煤層由于受構造影響、煤層厚度變化較大，煤層局部增厚達6.0m、局部變薄至0.2m，但大部分在4.0m左右。根據15＃煤層采掘工程圖，可供連續(xù)開采塊段分別有4塊，其煤層均厚分別為3m、3.5m、4.0m和4.5m，對應儲量分別為，3.4萬t、4.1萬t、3.3萬t和5.5萬t。在作業(yè)過程中，當煤層厚度小于2.5m時，直接推過；當大于2.5m且條件合適時，進行放頂煤開采，有利于提高煤炭回收率。

（3）支架采用鄰架保護下操作，有利于工人安全作業(yè)。

綜上所述，采用走向長壁整體頂梁組合懸移支架采煤法效果最好。

3 整體頂梁組合懸移支架采煤法

長溝峪煤礦安子采區(qū)514回采工作面采用走向長壁整體頂梁組合懸移支架采煤法，后退式回采。采用U型巷道布置，沿煤層走向＋380m水平布置工作面運輸巷，沿煤層走向＋420m水平布置回風巷。工作面運輸巷長為470m，采面斜長平均75m。距溜煤上山20m處為停采線。在采用相應的防倒、防滑技術措施（工作面調偽斜、刮板輸送機防滑及復位技術）之后，主要討論在復雜地質條件下實現長壁式開采所必須解決的關鍵設備（支架）和配套技術問題。

3.1 支架選型

針對長溝峪15＃煤層514工作面的具體地質條件，采用載荷估算法、實測統(tǒng)計法和理論分析法，分別對采煤厚度為2.5m和3.0m兩種開采高度的液壓支架的支護強度進行計算。支護強度計算結果見表3。

表3 支護強度計算結果

結合該礦煤層斷層多、傾角大的特點，經比較對2.5m和3.0m采厚支護強度P分別取0.455MPa和0.495MPa。

根據煤層頂（底）板巖性、煤層厚度及理論計算，選用ZH1600／16／24Z（B）型整體頂梁組合懸移支架，支架所配支柱為?110mm雙向單體液壓支柱。由于該型支架配備4根支柱時，支護強度為0.69MPa，大于工作面頂板最大來壓強度，所以該型支架支護強度滿足要求。采煤工作面切眼長70～80m，共計安裝70～80架支架。工作面最大控頂距為2.8m，移架步距為0.8m。懸移支架主要技術參數：

支架高度 1600～2400mm；

支架長度2800mm；

支架中心距1030mm，公司預定規(guī)格；

每架支柱數量4根；

移架步距800mm；

工作阻力1600kN；

初撐力760kN；

支護強度0.69MPa；

泵站壓力19.6MPa；

工作液M10乳化液，濃度3%～5%。

3.2 回采方法及工藝流程

（1）回采方法。采用走向長壁放頂煤法（當煤厚大于2.5m時），人工裝煤，刮板輸送機運煤，整體頂梁組合懸移支架支護頂板，全部垮落法處理頂板。

（2）工藝流程。打眼→放炮→攉煤→移架（支護）→移托梁→放頂煤（當煤厚大于2.5m時）→移刮板輸送機→完成一個循環(huán)。

3.3 建議

長溝峪煤礦應進一步加大工作面幾何尺寸，從而增加工作面回采率；完善懸移支架采煤法的裝備自動化、智能化，提高工作面主要設備的機械化水平；強化管理水平，實施綜合保障，持續(xù)發(fā)展以整體頂梁組合懸移支架采煤法為主導的復雜地質條件下（傾角大、多褶曲斷層）的開采技術體系。

4 結語

通過對采煤方法的比選，得出走向長壁整體頂梁組合懸移支架采煤法是長溝峪礦安子采區(qū)開采15＃煤層的首選方法。京煤集團的走向長壁整體頂梁組合懸移支架采煤法的研究試驗成功，是對傾角大、多褶曲斷層條件下采煤方法改良的一次飛躍。長溝峪煤礦應用整體頂梁組合懸移支架進行走向長壁放頂煤技術的研究試驗成功，為在類似地質條件下煤炭的安全高效開采提供了科學的技術途徑和寶貴的經驗。

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[6] 于向東.短壁機械化開采工藝與裝備現狀[J].中國煤炭，2006（5）

Analysis on 15＃seam mining method selection in Anzi mining area of Changgouyu mine

Guo Jisheng

（Beijing Coal Mine Design Consulting Firm，Xicheng，Beijing 100120，China）

In Changgouyu Anzi mining area geological condition is complex，combined working face specific circumstances，through the selection of equipment and funds investment etc.，and by analyze and comprehensive comparative of the various coal mining methods，it is believe that the whole roof beam combined suspension support longwall mining is adaptation of Changgouyu An Zi mining area＇s geological structure，and the production cost is reasonable，more safe for production and better resource recovery rate.

the whole roof beam suspended supports，coal mining method，complicated geological conditions，Changgouyu coal mine

TD823.41

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郭繼圣（1984－），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學（北京）采礦工程專業(yè)，現在北京煤礦設計咨詢公司從事設計咨詢工作。

（責任編輯 張毅玲）