東峽煤礦大傾角特厚煤層采煤方法比較與分析

贠東風(fēng)張?jiān)瞥涛臇|，2范振東蘇普正王東方孟曉軍劉 柱

（1.西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西省西安市，710054；2.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，陜西省西安市，710054；3.教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西省西安市，710054；4.華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅省華亭市，744100；5.華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司東峽煤礦，甘肅省華亭市，744100）

東峽煤礦大傾角特厚煤層采煤方法比較與分析

贠東風(fēng)1，3張?jiān)?程文東1，2范振東4蘇普正1，3王東方5孟曉軍1劉 柱1

（1.西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西省西安市，710054；2.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，陜西省西安市，710054；3.教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西省西安市，710054；4.華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅省華亭市，744100；5.華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司東峽煤礦，甘肅省華亭市，744100）

基于華亭煤業(yè)集團(tuán)東峽煤礦大傾角特厚煤層賦存條件，通過對(duì)走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤與水平分段綜采放頂煤采煤法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與綜合分析，認(rèn)為走向長(zhǎng)壁傾斜分層放頂煤采煤法技術(shù)較優(yōu)越、更為經(jīng)濟(jì)合理?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐也取得了良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。

大傾角特厚煤層 走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤法 水平分段綜采放頂煤法技術(shù)經(jīng)濟(jì)

為實(shí)現(xiàn)我國(guó)大傾角煤層（一般指埋藏傾角為35°～55°的煤層）安全高效開采，歷經(jīng)幾代科研與技術(shù)工作者的共同努力，大傾角煤層走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開采理論與技術(shù)體系已基本形成，針對(duì)開采難度更大的大傾角特厚煤層，采煤方法的選擇合理與否，直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)安全和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

甘肅華能華亭煤業(yè)集團(tuán)東峽煤礦（簡(jiǎn)稱東峽煤礦）自投產(chǎn)以來，先后采用過傾斜分層全部垮落下行采煤法、水平分段放頂煤采煤法和走向長(zhǎng)壁單體支柱放頂煤采煤法等方法對(duì)該礦大傾角煤層進(jìn)行回采，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

東峽煤礦核定生產(chǎn)能力1.5 Mt/a，井田南部向斜軸西翼為主采區(qū)（以下簡(jiǎn)稱西翼擴(kuò)大區(qū)），賦存有大傾角特厚煤層。為攻克東峽煤礦大傾角特厚煤層安全高效回采難題，礦方與西安科技大學(xué)合作，針對(duì)煤層特殊賦存條件，經(jīng)過調(diào)研論證認(rèn)為走向長(zhǎng)壁綜放與水平分段綜放這兩種采煤方法具有各自的優(yōu)勢(shì)。

1　煤層賦存特征

東峽煤礦西翼擴(kuò)大區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量為18.28 Mt，可采儲(chǔ)量為12.82 Mt，主采煤層為6-2煤層，井下標(biāo)高930～875 m，煤層平均厚度為19.6 m，傾角為55°～74°，平均為64°，煤的硬度系數(shù)為2～3。

目前，開采這類大傾角特厚煤層多采用水平分段放頂煤法，而走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤法經(jīng)過多年的積極研究與試驗(yàn)取得了較好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效果。

2　技術(shù)比較與分析

經(jīng)過初步的論證得出大傾角走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放與水平分段綜放對(duì)于回采東峽煤礦大傾角特厚煤層都是可行的。為了選擇更好的采煤方法，首先將大傾角走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放與水平分段綜放作以技術(shù)比較。

大傾角煤層開采的核心是工作面支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，水平分段綜采放頂煤法的突出優(yōu)點(diǎn)是工作面呈水平布置，如圖1所示，工作面設(shè)備不會(huì)倒滑，且安裝回撤更容易，采煤工藝和管理都較為簡(jiǎn)單，但是工作面長(zhǎng)度直接受煤層厚度和傾角的制約。由于東峽煤礦西翼擴(kuò)大區(qū)可采煤層平均厚度為19.6 m，平均傾角達(dá)到64°，若采用水平分段綜采放頂煤回采該區(qū)域煤炭資源，設(shè)計(jì)工作面采高為2.5 m，采放比為1∶3，需要布置7個(gè)水平分段綜放工作面，導(dǎo)致搬家頻繁，巷道掘進(jìn)量大。工作面長(zhǎng)僅為20 m左右，單產(chǎn)低，為達(dá)到礦井生產(chǎn)能力，勢(shì)必造成多頭多面，脊背煤損失較大。且工作面生產(chǎn)分散、占用人員設(shè)備多、采掘接替緊張，不利于礦井集約化生產(chǎn)。

圖1　水平分段綜放工作面剖面圖

相比水平分段綜采放頂煤而言，走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤便于集中生產(chǎn)、掘進(jìn)率低、無底板脊背煤損失和單產(chǎn)高等優(yōu)點(diǎn)，且工作面長(zhǎng)度大，搬家次數(shù)少。此外，通過對(duì)走向長(zhǎng)壁傾斜分層與水平分段綜采放頂煤巖層移動(dòng)的對(duì)比研究可知，走向長(zhǎng)壁傾斜分層開采還可減輕圍巖垮落和地表移動(dòng)強(qiáng)度。

由于西翼擴(kuò)大區(qū)煤層特厚，據(jù)頂煤冒落與其運(yùn)移規(guī)律試驗(yàn)研究結(jié)果，整層綜放回采頂煤較厚且冒落不充分，放出率較低。而分層綜放厚度較小，放出率較高，特別是回采下分層時(shí)能夠大量放出上分層采空區(qū)的遺煤。故決定采用沿傾斜分兩層的走向長(zhǎng)壁綜放采煤法，上分層工作面沿分層面布置，下分層工作面沿煤層底板布置，走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放工作面剖面圖見圖2。

盡管采用走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤在技術(shù)上可行，但仍有一些特殊難點(diǎn)需要在生產(chǎn)中引起重視。由于頂?shù)装鍘r層的破壞移動(dòng)，工作面易發(fā)生支架滑、倒及架間擠、咬現(xiàn)象，工作面支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，為了減緩移架時(shí)支架底座對(duì)底板的擾動(dòng)，采用抬底座機(jī)構(gòu)；保證工作面正常生產(chǎn)的關(guān)鍵在于解決支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定性問題，以及上分層底煤控制與下分層破碎頂板支護(hù)問題。

大傾角厚煤層走向長(zhǎng)壁綜放經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，在設(shè)備與工藝方面已比較成熟，部分技術(shù)難題得到了較好的解決，為分層綜放試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

校企合作雙方經(jīng)多次調(diào)研論證，一致認(rèn)為走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放采煤法具有以下技術(shù)優(yōu)越性:

（1）西翼擴(kuò)大區(qū)煤層硬度較大，不易片（塌）幫，有利于預(yù)防架前抽冒和支架防倒防滑。

（2）工作面ZF/5000/17/28支架工作阻力、支撐高度、支護(hù)強(qiáng)度等均依據(jù)東峽煤礦煤層條件設(shè)計(jì)。且設(shè)計(jì)利用雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板和底調(diào)機(jī)構(gòu)解決支架下滑、失穩(wěn)后的調(diào)整難題。

圖2　走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放工作面剖面圖

（3）從適應(yīng)性和可靠性方面對(duì)三機(jī)進(jìn)行了研究，采用牽引功率大，制動(dòng)可靠性高的電牽引雙滾筒采煤機(jī)和高強(qiáng)度刮板輸送機(jī)，保證其在大傾角工作面正常運(yùn)行。

（4）工作面?zhèn)窝鲂辈贾?，采用下行割煤、由下而上移架推溜、移架操作少降快拉和?duì)傾倒支架采用動(dòng)態(tài)扶架技術(shù)可有效解決大傾角工作面三機(jī)下滑和支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)難題，保障了工作面安全生產(chǎn)。

3　經(jīng)濟(jì)比較與分析

若采用走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放，按上、下分層布置工作面。為降低試驗(yàn)技術(shù)和管理難度與風(fēng)險(xiǎn)以及受采掘接替所限，上分層工作面長(zhǎng)度較小；待上分層回采試驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn)后，再將下分層工作面加長(zhǎng)，充分發(fā)揮走向長(zhǎng)壁綜放的優(yōu)越性。上分層工作面布置在煤層中，底板為煤層，工作面走向長(zhǎng)1008 m，傾向長(zhǎng)60 m，采高2.6 m，放煤高度7.3 m，采放比1∶2.8。下分層工作面沿煤層底板布置，工作面走向長(zhǎng)1000 m，傾向長(zhǎng)102 m，采高2.6 m，放煤高度7.1 m，采放比1∶2.7，采煤機(jī)單向割煤，兩刀一放，日推進(jìn)2.4 m。分層工作面掘進(jìn)量為4930 m，掘進(jìn)率為34.62 m/萬t。

若采用水平分段綜放，工作面沿水平布置，分段數(shù)為7個(gè)，掘進(jìn)量為15582 m。工作面長(zhǎng)20 m，走向長(zhǎng)1000 m，采高2.5 m，放煤高度7.5 m，采放比1∶3。采煤機(jī)單向割煤，兩刀一放，日推進(jìn)4.8 m。

走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放工作面長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于水平分段綜放工作面，支架數(shù)量多，初期投資大，而單產(chǎn)量遠(yuǎn)大于水平分段綜放工作面，收益快，利潤(rùn)高。工作面主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較如表1所示。

表1　傾斜分層綜放與水平分段綜放工作面經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較

經(jīng)濟(jì)比較表明，走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤采煤法明顯優(yōu)于水平分段綜采放頂煤采煤法。前者經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性主要體現(xiàn)在:

（1）產(chǎn)量、工效提高。走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放工作面長(zhǎng)度大，搬家次數(shù)少。上、下分層工作面年產(chǎn)量分別為43萬t和71.6萬t，工效為39.4 t/工·日和29.0 t/工·日，遠(yuǎn)大于水平分段綜放面。

（2）萬噸掘進(jìn)率、掘進(jìn)費(fèi)用大幅下降。水平分段綜放工作面萬噸掘進(jìn)率123.08 m/萬t，遠(yuǎn)大于傾斜分層綜放的34.62 m/萬t。

（3）利潤(rùn)、投資利用率大。走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放投資利潤(rùn)率達(dá)403%，年利潤(rùn)較水平分段綜放增加6757.1萬元。

4　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

綜合上述技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較，大傾角特厚煤層走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤在技術(shù)上較為優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)上更為合理。因此礦方?jīng)Q定對(duì)西翼擴(kuò)大區(qū)大傾角特厚煤層采用走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，取得了較好效果。

首采上分層工作面于2012年1月8日進(jìn)行試生產(chǎn)，2013年10月回采結(jié)束并安全順利回撤。工作面累計(jì)推進(jìn)1008.9 m，采出煤量54.984萬t，最高月產(chǎn)5.468萬t，平均月產(chǎn)3.055萬t，回采工效33.4 t/工·日，回采率75.9%，萬噸掘進(jìn)率42.12 m/萬t。

次采下分層工作面2014年2月11日進(jìn)行試生產(chǎn)，頂煤冒放性高，回采過程中能夠放出上分層采空區(qū)遺煤。截至2014年12月1日，生產(chǎn)原煤68.194萬t，平均月產(chǎn)6.819萬t，最高月產(chǎn)10.138萬t，回采工效33.5 t/工·日，回采率88.6%，無輕傷以上事故。

5　結(jié)論

（1）東峽煤礦大傾角煤層走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上較水平分段綜采放頂煤具有明顯優(yōu)越性。

（2）理論計(jì)算表明走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放工作面年產(chǎn)量與工效均大于水平分段綜放工作面，年利潤(rùn)增加6757.1萬元；掘進(jìn)率較水平分段綜放工作面降低88.46 m/萬t。

（3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明東峽煤礦大傾角特厚煤層采用走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜放取得了較好效果。

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（責(zé)任編輯 張毅玲）

Comparison and analysis of coal mining methods in steeply dipping and extra thick coal seam of Dongxia Coal Mine

Yun Dongfeng1，3，Zhang Yuanhao1，Cheng Wendong1，2，F(xiàn)an Zhendong4，Su Puzheng1，3，Wang Dongfang5，Meng Xiaojun1，Liu Zhu1
（1.School of Energy，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；2.School of Architecture and Civil Engineering，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；3.Key Laboratory of Western Mines and Hazard Prevention of China Ministry of Education，Xi'an，Shaanxi 710054，China；4.Huating Coal Group Co.，Ltd.，Huating，Gansu 744100，China；5.Dongxia Coal Mine，Huating Coal Group Co.，Ltd.，Huating，Gansu 744100，China）

According to the occurrence conditions of steeply dipping and extra thick coal seam in Dongxia Coal Mine of Huating Coal Group，through techno-economic comparison and analysis between longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining and horizontal section fully mechanized caving mining，the results showed that the longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining was technically superior and economically reasonable.The filed practices had achieved favorable technical-economic effects.

steeply dipping and extra thick coal seam，longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining，horizontal section fully mechanized caving mining，techno-economic comparison

TD823

A

贠東風(fēng)（1962-），男，陜西臨潼人，教授，1984年畢業(yè)于西安科技大學(xué)（原西安礦業(yè)學(xué)院），主要從事復(fù)雜煤層開采與采礦系統(tǒng)工程方面的教學(xué)與科研。