煤礦增層配采方案研究與工程應(yīng)用

劉海田

（山西寧武大運(yùn)華盛老窯溝煤業(yè)有限公司，山西 寧武036700）

山西經(jīng)過多次資源整合，年產(chǎn)能力60萬t/a以下煤礦已經(jīng)基本退出，在煤炭工業(yè)化水平大幅提高、產(chǎn)量集中度增強(qiáng)的同時(shí)，煤礦企業(yè)事故災(zāi)害也得到了有效控制[1]。但在礦井兼并重組期間，由于部分優(yōu)質(zhì)資源枯竭，在采掘過程中地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、陷落柱增多的情況難以避免，造成采掘接替緊張、生產(chǎn)原煤煤質(zhì)較差，嚴(yán)重的影響著企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。部分企業(yè)因此優(yōu)先開采煤質(zhì)優(yōu)、煤層厚的煤炭資源，但卻不利于企業(yè)的長期發(fā)展[2]。

為解決上述難題，部分礦井采用厚薄、優(yōu)劣煤層的合理配采方案，這是煤炭工業(yè)重要的技術(shù)措施之一。分析認(rèn)為，搞好礦井煤層的合理配采，是對(duì)礦井長期經(jīng)營穩(wěn)定和保障產(chǎn)量的重要手段，對(duì)合理利用資源及緩和接替緊張有顯著效果。

1 礦井概述

老窯溝煤業(yè)位于山西省寧武縣，主要可采煤層包括2號(hào)、5號(hào)和6號(hào)煤層，兼并重組完成后年產(chǎn)達(dá)到120萬t。經(jīng)探查，老窯溝礦與相鄰礦井均無發(fā)生越界開采，周邊環(huán)境良好，不會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)造成影響。

1.1 煤層特征

老窯溝礦2號(hào)煤層位于太原組頂部，煤層發(fā)育較為穩(wěn)定并含有4層矸石。煤巖底板為黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖，及細(xì)砂巖與薄煤互層，富含植物化石碎片，較容易破碎，需要對(duì)巷道方面加強(qiáng)管理。

5號(hào)煤層位于太原組地層下段，與2號(hào)煤層有大約55 m的距離，含有多層加矸。巷道頂板主要為黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖，5號(hào)煤層平均距標(biāo)志層K1砂巖14 m左右。

1.2 配采的提出

根據(jù)老窯溝礦地質(zhì)報(bào)告鉆孔資料顯示，在井田主要可采煤層中，2號(hào)煤灰分及5號(hào)煤層全硫變化較大；2號(hào)煤層灰份介于30%~40%之間；5號(hào)煤層硫分介于1.5%~2.5%之間。目前企業(yè)為避免煤炭資源的浪費(fèi)，需對(duì)50102工作面上部2號(hào)煤層進(jìn)行開采，但單層開采2號(hào)煤層存在灰份較高、發(fā)熱量不高的問題，單層開采5號(hào)煤層，存在破壞2號(hào)煤層資源及高硫煤問題，無論單層開采哪一層煤，均存在市場(chǎng)銷售困難問題。兩層煤實(shí)現(xiàn)配采后，根據(jù)工作面推進(jìn)度，配采后灰份平均為24.69%，硫份平均為1.47%，配采后煤質(zhì)有所提高，市場(chǎng)銷售情況將有較大好轉(zhuǎn)，而且保護(hù)了煤炭資源。

2 配采方案及應(yīng)用效果分析

2.1 開拓方案

資料顯示老窯溝礦礦為緩傾斜—傾斜的中、厚煤層，在對(duì)2號(hào)、5號(hào)煤層進(jìn)行增層開采設(shè)計(jì)時(shí)，可以充分利用現(xiàn)有現(xiàn)有井筒及工業(yè)場(chǎng)地。最大程度上按照就近布置原則，減少初期工程量和項(xiàng)目投資。2號(hào)煤層首采工作面選擇為501201工作面；5號(hào)首采工作面利用現(xiàn)有的50102工作面，掘進(jìn)工作面為50103工作面。

2.2 配采方案

在對(duì)老窯溝礦進(jìn)行配采時(shí)，由于煤層賦存條件的不同，對(duì)各煤層開采方式的選擇也不盡相同。

2.2.1 2號(hào)煤層采煤方法

老窯溝礦2號(hào)煤層結(jié)構(gòu)由簡單趨于復(fù)雜。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，2號(hào)煤層首采工作面的平均采厚5.7 m，普氏系數(shù)小于3，主要巖性為泥巖，因此較適合采用綜采放頂煤進(jìn)行開采。

2號(hào)煤層首采工作面采用單一長壁綜采放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。采高2.5 m，最大放頂煤高度3.2 m，采放比1∶1.28。井田南部201采區(qū)2號(hào)煤層厚度小于4.0 m的區(qū)域，采用一次性采全高采煤法。局部厚度小于2.0 m的區(qū)域采用臥底開采。

2.2.2 5號(hào)煤層采煤方法

在對(duì)5號(hào)煤層首采工作面50102進(jìn)行勘查發(fā)現(xiàn)，煤層平均厚度11.2 m，采高3.5 m。5號(hào)煤層在配采前，煤層條件及頂板冒放性沒有變化，因此適合采用長壁綜放頂煤采煤法，頂板管理為全部垮落法，最大放頂高度7.7 m，采放比1.0∶2.2。

2.3 采煤機(jī)開采方案

在對(duì)2號(hào)、5號(hào)煤層配采過程中，為保證生產(chǎn)速度和開采的安全性，可操作采煤機(jī)對(duì)賦存穩(wěn)定的區(qū)域采用端部割三角煤的方法，由斜切進(jìn)刀、往返一次割兩刀的割煤方式進(jìn)行作業(yè)。

圖1 采煤機(jī)作業(yè)方案示意圖

如圖1，采煤機(jī)割煤作業(yè)設(shè)置如下：

1）在采煤機(jī)正向割煤至工作面端頭過程中，輸送機(jī)槽向煤壁移近，此時(shí)于采煤機(jī)位置留有一段下部煤。

2）滾筒方向完成第一次調(diào)換后，前滾筒降下的同時(shí)后滾筒升起，將沿輸送機(jī)彎曲段返向割入煤壁，直至將輸送機(jī)移直。

3）再次調(diào)整上、下滾筒位置，重新返回割煤至輸送機(jī)機(jī)頭處。

4）三角煤完成割煤工作后，煤壁割直，第三次調(diào)換兩個(gè)滾筒，返程正常割煤。

3 經(jīng)濟(jì)效益

老窯溝礦針對(duì)本次配采項(xiàng)目，固定資產(chǎn)投資為5 100萬元，其中井巷工程3 500萬元、機(jī)電設(shè)備工程664萬元、安裝工程543萬元、其他基建費(fèi)用和工程預(yù)備費(fèi)分貝為316萬元和100萬元，噸煤投資約42.50元/t。

據(jù)測(cè)算，單獨(dú)開采2號(hào)、5號(hào)煤層，服務(wù)年限分別為2.2 a和19.3 a，煤礦難以形成對(duì)煤炭資源的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。增加開采2號(hào)煤層與5號(hào)煤層配采，配采后原煤灰分平均為24.69%，原煤全硫平均為1.47%，可充分發(fā)揮2號(hào)、5號(hào)號(hào)煤層各自優(yōu)勢(shì)。若2號(hào)煤層按年生產(chǎn)能力55萬t/a，服務(wù)年限4.87a；5號(hào)煤層按年生產(chǎn)能力65萬t/a與2號(hào)煤層配采，服務(wù)年限4.87 a，剩余5號(hào)煤層按年生產(chǎn)能力120萬t/a單采，服務(wù)年限17.25 a，合理調(diào)整2號(hào)煤和5號(hào)煤產(chǎn)量，做好配采工作，實(shí)行高低硫高低灰煤配煤銷售，提高經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)煤礦的可持續(xù)發(fā)展。

4 安全措施及建議

由于配采項(xiàng)目具有特殊性，2號(hào)、5號(hào)兩層煤的采掘工作需要同步進(jìn)行，因此針對(duì)安全工作、生產(chǎn)要求、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等方面有嚴(yán)格的技術(shù)措施。

防火防塵方面：由于所配采的2號(hào)、5號(hào)煤層為二類自燃煤層，都具有爆炸危險(xiǎn)性。在配采期間要對(duì)廢棄巷道做到及時(shí)密閉，預(yù)防煤層自燃，并對(duì)巷道浮塵、采空區(qū)浮沉制定防塵措施，防治煤塵事故。

瓦斯防治方面：在配采過程中，需要對(duì)兩個(gè)煤層瓦斯定期進(jìn)行瓦斯測(cè)試工作，加強(qiáng)井下通風(fēng)，防止瓦斯局部積聚發(fā)生瓦斯事故；

巷道維護(hù)方面：注意構(gòu)造帶的潛在危害，對(duì)煤巖的導(dǎo)水性要實(shí)時(shí)記錄，并留設(shè)合理的保安煤柱；對(duì)于井田內(nèi)鉆孔，注意鉆孔封閉的完好性，并預(yù)留保安煤柱。礦井開開采過程中，受采動(dòng)的影響，同時(shí)需要加強(qiáng)地表塌陷及地表裂縫的管理工作。

防治水方面：2號(hào)、5號(hào)煤層有采空區(qū)，采空區(qū)積水、地下水會(huì)對(duì)本礦井開拓開采具有一定的影響，當(dāng)開拓掘進(jìn)至采空區(qū)探水線邊界附近時(shí)，應(yīng)對(duì)采空區(qū)積水情況全面掌握、系統(tǒng)分析，確保安全后方可進(jìn)行開采。

5 配采特點(diǎn)

老窯溝礦在配采項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施中，將充分利用現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地和地面生產(chǎn)系統(tǒng)，所必須新建擴(kuò)建的設(shè)施按照項(xiàng)目核定能力進(jìn)行建設(shè)，有以下特點(diǎn)值得相似礦井借鑒：

1）生產(chǎn)系統(tǒng)方面。在增層配采的開拓中，充分利用主、副井及地面工業(yè)廣場(chǎng)進(jìn)行斜井開拓，對(duì)增層配采的2號(hào)煤層利用原有+1 200 m水平，工作面采用錯(cuò)距布置，可以最大程度縮短施工工期。

2）通風(fēng)系統(tǒng)方面。老窯溝礦2號(hào)煤層增層與5號(hào)煤層配采設(shè)計(jì)中，通風(fēng)系統(tǒng)方面均利用現(xiàn)有系統(tǒng)并加以完善，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化，礦井的本質(zhì)安全性及抗災(zāi)能力得到了顯著的增強(qiáng)。

3）供電系統(tǒng)方面。老窯溝礦建有35 kV變電站1座，和兩回路電源（一用一備）。兩回電源型號(hào)相同，均為35 kV電源線路，導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-240，其中主要回路引自供電距離為6.8 km的寧武110 kV變電站，備用線路引自供電距離為8.2 km的薛家洼110 kV變電站。當(dāng)一回線路故障時(shí)，另一回仍能保證全礦井負(fù)荷用電。

4）緊急避險(xiǎn)方面。集中軌道大巷布置有一個(gè)井下永久避難硐室，在501集中運(yùn)輸下山與501集中材料下山之間布置有一個(gè)采區(qū)避難硐室。

6 結(jié)語

合理的配采方案是避免煤炭資源浪費(fèi)、創(chuàng)造企業(yè)收益的重要手段。本文通過對(duì)老窯溝礦煤層、煤質(zhì)的分析，制定了對(duì)2號(hào)、5號(hào)煤層的配采方案。最終實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，對(duì)保證煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，振興當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)起到了積極地促進(jìn)作用。