金谷煤業(yè)極近距離煤層聯(lián)合開采研究

張志偉

（山西安煤礦業(yè)設(shè)計工程有限公司，山西 太原 030006）

山西古縣金谷煤業(yè)有限公司下組煤為近距離煤層群，在部分塊段存在煤層合并情況。選擇合理的采煤方法及工藝，保證礦井的安全及正常接替，是影響礦井持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的一個難題。作為該礦建井設(shè)計階段的主設(shè)計人，對該礦極近距離煤層開采進行了研究，并提出了合理的采煤方法[1]。

1 概況

山西古縣金谷煤業(yè)有限公司設(shè)計生產(chǎn)能力60萬t/a，服務(wù)年限30a。礦井位于山西省古縣古陽鎮(zhèn)白素-澤泉村，古陽-江水平村一帶，行政區(qū)劃分屬古陽鎮(zhèn)白素村、古陽村管轄。

井田地層呈走向北東、傾向南東的單斜構(gòu)造，傾角一般在6～15°之間。據(jù)鉆孔資料和礦井采掘揭露的實際資料顯示，發(fā)育3條褶曲，27條斷層，15個陷落柱，構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類，區(qū)內(nèi)未見巖漿巖侵入。

井田內(nèi)主要可采煤層有2#、9#、10#、11#煤層，其中9#煤層為大部可采煤層，10#、11#煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。9#煤層厚度在0.62～1.25m，平均厚度0.93m，10#煤層厚度在0.74～2.85m，平均厚度1.40m，11#煤層厚度在1.01～2.55m，平均厚度1.54m。礦井投產(chǎn)前期主采9#、10#煤層，兩層煤層間距在0～4.80m，平均為2.41m。9#、10#煤層夾矸等厚線示意如圖1所示。

圖1 9#、10#煤層夾矸等厚線示意圖

2 采煤方法及工藝選擇

對于9#、10#煤層采煤方法及工藝可供選擇的有綜采放頂煤（采10#煤放9#煤）和綜采一次采全高。綜采放頂煤采高一般在2.5m左右，采放比一般在1:2以上。該礦如果采用綜采放頂煤，將使大量的矸石隨煤流一起進入篩分車間，增加了運輸、后續(xù)處理成本。而且隨著采掘區(qū)域的延伸，在井田東部僅夾矸厚度接近5m，9#煤頂板為K2石灰?guī)r，屬堅硬頂板，對放頂煤不利，所以綜采放頂煤不適合該礦。

如果按照常規(guī)思路，9#、10#煤層分別布置綜采一次采全高工作面，由于該礦9#、10#煤層薄、間距小，在井田西部很有可能因上部9#煤層采空后引起下部10#煤層頂板破碎而導(dǎo)致無法支護，容易與采空區(qū)貫通，造成漏頂、漏風(fēng)，影響礦井的安全生產(chǎn)，導(dǎo)致10#煤層無法正?；夭桑斐擅禾抠Y源的浪費。所以有必要針對9#、10#煤層采煤方法及工藝在綜采一次采全高的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。

2.1 井下采區(qū)劃分

根據(jù)等厚線圖可知，井田內(nèi)9#、10#煤層夾矸厚度總體變化趨勢是由西向東逐漸變厚。在4、5號拐點連線及其延長線以西區(qū)域9#、10#煤層夾矸厚度均在1.25m以下，而煤層及夾矸總厚度在3.8m以下。結(jié)合現(xiàn)階段煤炭采掘設(shè)備情況，設(shè)計將井田4、5號拐點連線及其延長線以西區(qū)域內(nèi)（以下簡稱西區(qū)）的9#、10#煤層作為合并層開采，采用長壁綜采一次采全高采煤法，頂板管理采用全部垮落法。4、5號拐點連線及其延長線以東區(qū)域內(nèi)由于9、10號煤層夾矸厚度逐漸變大，采用常規(guī)綜采一次采全高采煤方法，10#煤順槽支護工藝上采用工字鋼梯形棚支護。

2.2 合并開采區(qū)主要設(shè)備選型分析及結(jié)果

根據(jù)該礦9#、10#煤層合采的特殊性，參考9#、10#煤層夾矸等厚線圖及鉆孔資料分析，井田西區(qū)內(nèi)純煤厚度平均為2.05m，夾矸厚度平均為1.00m，純煤厚度與夾矸厚度比值約為2:1。根據(jù)礦井地質(zhì)報告，9號煤層視密度為1.39t/m3，10號煤層視密度為1.45t/m3，10號煤層頂板（9號煤層底板）為泥巖，視密度為2.5t/m3。由此計算，9、10號煤層合采時，每采出1m3產(chǎn)品，其中成分為：

所以，每年所采出的產(chǎn)品中，原煤與夾矸的比例為1.136:1。為了保證礦井原煤產(chǎn)量，必須相應(yīng)的加大采煤機、刮板機等主要設(shè)備及環(huán)節(jié)能力[2]。該礦核定生產(chǎn)能力為60萬t/a，以此推算，9、10號煤層合采時，各環(huán)節(jié)設(shè)備能力應(yīng)能達到120萬t/a左右，這樣工作面每年可產(chǎn)出純煤約60萬t/a。

在此基礎(chǔ)上，井田西區(qū)回采工作面主要設(shè)備配套見表1。

表1 工作面及主要運輸設(shè)備配套表

2.3 合并開采區(qū)頂板管理措施

（1）回采工作面初次放頂及收尾，必須制定安全技術(shù)措施，作業(yè)規(guī)程中要明確頂板管理方法、控頂距、初次來壓和周期來壓的特殊支護方式，以及初采初放和臨近停采線時的頂板管理措施[3]。

（2）加強直接頂初次垮落及老頂初次來壓期間的頂板管理，管理人員現(xiàn)場跟班，指揮工作面初次放頂作業(yè)，直至初放結(jié)束。

（3）在頂板來壓期間，液壓支架完好達到作業(yè)規(guī)程之規(guī)定，使支架處于良好的支護狀態(tài)。

（4）由于9號煤層頂板為堅硬石灰?guī)r頂板，回采中要加強對工作面推進長度內(nèi)頂板巖性的研究和冒落性評價，難以冒落時設(shè)計采用超前深孔預(yù)裂爆破的方式處理堅硬頂板。

3 地面配套處理系統(tǒng)

由于采煤方法及工藝的調(diào)整，根據(jù)煤質(zhì)分析，原煤灰分將達到52.03%，所以應(yīng)同期建設(shè)配套選煤廠，在選煤廠中單獨設(shè)置預(yù)先排矸環(huán)節(jié)，保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 結(jié) 論

（1）采用文中的采煤方法及工藝，已成功回采了10901、10902兩個工作面，平均月產(chǎn)達9.2萬t。開采實踐驗證了極近距離煤層合并開采的可行性，為類似地質(zhì)條件下的煤層開采及設(shè)備選型積累了經(jīng)驗。

（2）極近距離煤層合并開采時，考慮到在生產(chǎn)過程中需截割、運輸巖石，因此應(yīng)適當(dāng)加大主要生產(chǎn)設(shè)備的能力。

（3）極近距離煤層合并開采時，由于混入大量的矸石，會影響煤質(zhì)，因此最好建設(shè)配套選煤廠或者增加預(yù)先排矸系統(tǒng)，確保礦井的效益最大化。