復(fù)雜條件下合并煤層開采方式的可行性研究

康繼忠

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司，山西 孝義 032300）

1 礦井簡介

汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤礦有限責(zé)任公司，當(dāng)前開采10和11號(hào)煤層，兩煤層是由間距和厚度不同的夾矸層摻雜其中的合并煤層。煤層傾角2～8°，屬近水平煤層[1]；煤層厚度約7m，普氏系數(shù)f=0.8。其中含夾矸7～9層，其中1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)夾矸為窩子矸，夾矸普氏系數(shù)f=4.6，煤層節(jié)理裂隙發(fā)育。

合并煤層的直接頂為灰色泥巖、厚約1 m，為上層煤（9號(hào)煤層）直接底，其性脆，節(jié)理發(fā)育。合并煤層基本頂為K2石灰?guī)r，厚度10m。由于上煤層已采，石灰?guī)r基本頂結(jié)構(gòu)被破壞。合并煤層直接底為巖體泥巖，均厚2 m，遇水變軟，底鼓膨脹。合并煤層基本底為泥巖，厚度8.7m，呈灰色層狀結(jié)構(gòu)。

水峪煤礦合并煤層開采中，由于原有開采工藝及設(shè)備等條件的影響，當(dāng)前的資源回收率受到限制。為了突破目前瓶頸，提高煤炭資源回收率和礦井生產(chǎn)能力，有必要進(jìn)行合并煤層復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤工藝的探究。針對(duì)水峪煤礦復(fù)合煤層的地質(zhì)賦存特征，開采工藝主要有分層開采、放頂煤開采、一次采全高三種。因而需從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全角度進(jìn)行采煤工藝可行性的比選。

2 分層開采的技術(shù)可行性研究

開采厚煤層及特厚煤層時(shí)，采用單一長壁采煤方法將會(huì)遇到困難；尤其當(dāng)煤層厚度超過5 m，采場空間支護(hù)和裝備等技術(shù)較復(fù)雜[2]。合并煤層的分層開采，在我們礦區(qū)已取得較理想的效果[3-4]，針對(duì)水峪煤礦而言，其優(yōu)點(diǎn)主要有：①開采工藝技術(shù)相對(duì)成熟，其設(shè)備投資較少。②單次采高較小，瓦斯治理等安全措施成熟，有利于上覆巖層的緩慢下沉。③選用綜采或高檔普采時(shí)，由于10、11號(hào)煤層之間夾矸的存在，分層開采有助于合理回收煤炭，提高資源利用率。④分層開采有利于減少矸石外運(yùn)及地面選矸的工作量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

相比而言，水峪煤礦合并煤層分層開采的缺點(diǎn)主要有：①增大巷道準(zhǔn)備時(shí)間和巷道的掘進(jìn)量。②兩煤層的平均厚度有較大差異，針對(duì)相對(duì)較薄的煤層而言，保證工作面及巷道的行人高度較為困難。③復(fù)合煤層分層開采時(shí)，為了方便下層的頂板管理，需要上層開采時(shí)進(jìn)行鋪網(wǎng)工作。由于需要兩層煤的工作面順槽必須實(shí)行錯(cuò)位掘進(jìn)，因而需要留設(shè)較寬的保護(hù)煤柱。

3 放頂煤開采的技術(shù)可行性研究

20世紀(jì)50年代的開灤、大同、鶴壁、新密、峰峰等礦區(qū)已用放頂煤開采煤方法。1984年沈陽蒲河礦綜采放頂煤開采工業(yè)性實(shí)驗(yàn)取得較好效果[5]。近年來，放頂煤開采取得迅速發(fā)展，很多指標(biāo)達(dá)到世界水平。針對(duì)水峪煤礦而言，其優(yōu)點(diǎn)主要有：①復(fù)合煤層放頂煤開采時(shí)，單產(chǎn)高，效率高。②由于（與分層開采相比）較少鋪網(wǎng)工序、只需使用一套設(shè)備就可完成開采工作，從而降低了成本。③巷道掘進(jìn)工程量少，巷道維護(hù)費(fèi)用減少，便于采掘接替，減少了工作面的搬家次數(shù)。④對(duì)節(jié)理裂隙發(fā)育、強(qiáng)度較低、且較易破碎冒落的10號(hào)、11號(hào)合并煤層適應(yīng)性強(qiáng)。

放頂煤采煤方法用在水峪煤礦合并煤層開采時(shí)的主要缺點(diǎn)是：①兩煤層包括夾矸的總厚度約7 m，對(duì)目前國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備相比，其采放比較小，開采效率受到一定限制。②合并煤層之間含有大量矸石，若放煤口設(shè)置較小可能出現(xiàn)大塊矸石堵塞放煤口的問題，從而降低放煤效率；若放煤口設(shè)置較大，則大量矸石和上部煤層會(huì)同時(shí)放下來，增大煤的含矸率，從而增加了煤的洗選工作量。

4 一次采全高開采的技術(shù)可行性研究

20世紀(jì)70年代我國從德國引入大采高支架及配套設(shè)備，并在開灤集團(tuán)范各莊礦獲得良好應(yīng)用；國產(chǎn)大采高綜采設(shè)備應(yīng)用于80年代。目前，一次采全高綜采技術(shù)在厚煤層中得到廣泛應(yīng)用[6-7]，出現(xiàn)了“一礦一井一面”的安全高效集約化生產(chǎn)模式。對(duì)水峪礦而言，大采高一次采全高開采的優(yōu)點(diǎn)是：①一次采全高的巷道布置方便，工序簡單。②一次采全高生產(chǎn)能力大、效率高，工作面的搬家次數(shù)少，資源回收率高。③水峪礦合并煤層及夾矸層厚度約7m，為近水平煤層，煤層傾角較小，厚度變化不大，地質(zhì)條件也較符合大采高開采，因而很有利于合并煤層的開采。④一次采全高在通風(fēng)和安全生產(chǎn)管理方面存在技術(shù)優(yōu)勢。

水峪煤礦合并煤層采用一次采全高工藝的問題有：①一次采全高需要較高高度的支架、較大功率的采煤機(jī)及配套設(shè)備，對(duì)巷道的尺寸提出較高要求，提高了一次投資的額度。②由于合并煤層夾矸的存在，開采過程中含矸率較高，提高了運(yùn)矸成本。③一次采全高開采空間較大，礦山壓力很大，頂板活動(dòng)劇烈，煤壁易于片幫，管理困難。④該礦地質(zhì)條件較復(fù)雜，煤層中起伏的小褶曲較多，不適宜大型設(shè)備開采作業(yè)。

5 結(jié)束語

通過上述分析，針對(duì)水峪煤礦特殊條件下合并煤層開采狀況，不同開采工藝均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。與分層開采相比，一次采全高具有產(chǎn)量高、巷道布置相對(duì)簡單、巷道維護(hù)量小、工作面搬家次數(shù)少和節(jié)約鋪網(wǎng)環(huán)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)；與放頂煤開采相比，一次采全高具有提高煤炭資源回收率，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。但是由于該區(qū)域的煤層厚度變化較大，煤層底板較軟，當(dāng)前實(shí)行一次采全高的條件尚未形成。實(shí)際上，離柳集團(tuán)在兌鎮(zhèn)煤礦11102工作面的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目前該礦較適宜的采煤方式為放頂煤開采[8]。

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[2]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2009.

[3]彭文慶,王衛(wèi)軍.淺埋厚煤層分層開采保護(hù)煤柱合理寬度研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008,36（11）:14-16,20.

[4]郭明.聯(lián)合開采技術(shù)在同煤層局部分層帶的設(shè)計(jì)實(shí)踐[J].山東煤炭科技,2011(1):78-79.

[5]胡偉.國內(nèi)外綜采放頂煤狀況的分析[J].河南煤炭,1986(1):10-12.

[6]鄭存良,陳立武.厚煤層一次采全高綜采高產(chǎn)高效技術(shù)[J].中國煤炭,1997,24(1):29-32.

[7]李士棟,朱學(xué)軍.傾斜厚煤層一次采全高綜采工藝探討及應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2011,20(9):92-94.

[8]和惠浦,王君.兌鎮(zhèn)煤礦厚煤層采煤方法選擇[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2002(3):32-33.