郭繼圣

（北京煤礦設(shè)計(jì)咨詢(xún)公司，北京市西城區(qū)，100120）

長(zhǎng)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(shè)計(jì)咨詢(xún)公司，北京市西城區(qū)，100120）

長(zhǎng)溝峪安子采區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，結(jié)合采區(qū)工作面具體情況，從設(shè)備的選擇和資金的投入等方面，通過(guò)對(duì)各種采煤方法的綜合比較分析，認(rèn)為走向長(zhǎng)壁整體頂梁組合懸移支架采煤法，適應(yīng)長(zhǎng)溝峪安子采區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，且開(kāi)采成本合理，能保證安全生產(chǎn)和提高資源回收率。

整體頂梁組合懸移支架 采煤方法 復(fù)雜地質(zhì)條件 長(zhǎng)溝峪煤礦

京煤集團(tuán)昊華能源公司長(zhǎng)溝峪煤礦安子采區(qū)，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)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(chǎn)效率偏低、安全性較差，已經(jīng)成為制約礦井生產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的主要問(wèn)題，因此改革該采區(qū)的煤炭開(kāi)采方法已經(jīng)勢(shì)在必行。

1 采區(qū)概況

1.1 安子采區(qū)地質(zhì)特征

安子采區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層傾角31°，小褶曲、小斷層十分發(fā)育。北一石門(mén)南側(cè)以小褶曲為主，小斷層次之；北一石門(mén)北側(cè)以小斷層為主，小褶曲次之。安子采區(qū)北一石門(mén)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(zhì)為張性正斷層，共有14條斷層。安子采區(qū)北一北石門(mén)南側(cè)發(fā)育一系列的小型褶皺構(gòu)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＃勘探線，北至22?？碧骄€。安子采區(qū)－140～＋20m風(fēng)井至北一石門(mén)15＃煤層共掘進(jìn)區(qū)段巷道4條，一壁掘進(jìn)切巷一條，一壁運(yùn)輸巷與二壁回風(fēng)巷間掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷8條，共計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)度500m，區(qū)域煤層賦存最好，區(qū)內(nèi)煤層大部分可采；14?？碧骄€至18?？碧骄€之間，走向長(zhǎng)度600m，區(qū)域煤層賦存較好，區(qū)內(nèi)煤層部分可采；13＃勘探線以南、18＃勘探線以北，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(nèi)瓦斯平均絕對(duì)涌出量0.36m3／min。安子采區(qū)采掘圖見(jiàn)圖1，煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

2 采煤方法選擇

2.1 綜合機(jī)械化采煤法

綜合機(jī)械化開(kāi)采是采煤工藝的重要發(fā)展方向，它具有高產(chǎn)、高效、低耗及勞動(dòng)條件好、勞動(dòng)強(qiáng)度小的優(yōu)點(diǎn)。因此，在選擇采煤方法時(shí)，應(yīng)首先考慮選用綜合機(jī)械化采煤法。

（1）安子采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)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(gè)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(fēng)巷至二壁運(yùn)輸巷圈定區(qū)域內(nèi)探明的斷層就多達(dá)14條。如果采用綜合機(jī)械化采煤法，斷層的存在將會(huì)給工作面推進(jìn)帶來(lái)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(zhì)煤量為34.4萬(wàn)t，可采煤量為27.5萬(wàn)t。一壁二壁圈定區(qū)域煤層概況見(jiàn)表2。在三壁工作面形成后，安子采區(qū)15＃煤層可采儲(chǔ)量?jī)H為40萬(wàn)t，其中可供綜采連續(xù)開(kāi)采的合適煤層儲(chǔ)量?jī)H為7.5萬(wàn)t，如果采用綜合機(jī)械化采煤法，由于綜采設(shè)備的資金投入較大，會(huì)使經(jīng)濟(jì)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(jī)械化采煤法

短壁綜合機(jī)械化開(kāi)采具有機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合“三下”開(kāi)采、不規(guī)則塊段開(kāi)采和殘采區(qū)回收煤柱等。如果可以采用短壁綜合機(jī)械化采煤法，將使不易或無(wú)法布置長(zhǎng)壁綜采工作面的煤層得到合理開(kāi)采，從而提高資源回收率，有利于保障礦井安全，促進(jìn)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(dá)31°，與現(xiàn)有短壁綜采所選支架架型不適應(yīng)，而重新購(gòu)入支架及重做三機(jī)配套成本又過(guò)高，導(dǎo)致短壁綜合機(jī)械化開(kāi)采投入資金過(guò)大，經(jīng)濟(jì)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(jìn)的采煤法，其投資少、見(jiàn)效快，適應(yīng)性強(qiáng)，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(guò)渡支架，其類(lèi)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(jī)采配套，也可以與炮采（低瓦斯）配合。相對(duì)單體液壓支柱而言，滑移支架的穩(wěn)定性較好。這種價(jià)格低廉的支護(hù)設(shè)備，在我國(guó)中、小型礦井使用廣泛，是當(dāng)前在一定程度上改善礦井回采支護(hù)、提高機(jī)械化水平的適用設(shè)備。

（2）工藝簡(jiǎn)單，對(duì)煤層條件適應(yīng)性強(qiáng)。比較容易實(shí)現(xiàn)難采煤層的高產(chǎn)高效，適合在煤層賦存條件差的情況下應(yīng)用。

（3）在小褶皺控制下，15＃煤層呈狹長(zhǎng)的條帶狀分布?；浦Ъ芊彭斆翰擅悍刹擅簩雍穸冗_(dá)6m，這在開(kāi)采15＃煤層增厚部分（煤厚大于4m的煤層占所開(kāi)采面積的40.25%）時(shí)，可以具有其他采煤法所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)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(shí)，支架的穩(wěn)定性較差，遇到破碎的頂煤或頂?shù)装鍟r(shí)，支架的初撐力難以得到保證，因此對(duì)頂?shù)装宓目刂菩Ч?，不利于安全開(kāi)采。

2.4 走向長(zhǎng)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(shè)備投資較少，對(duì)煤層厚度的不穩(wěn)定性適應(yīng)性較強(qiáng)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(duì)頂?shù)装蹇善鸬饺忾]控制和有利于發(fā)揮支架的初撐力與工作阻力等特點(diǎn)，因此在傾角大的15＃煤層開(kāi)采中具有較好的安全效果。

（2）設(shè)備投資較少，工藝較簡(jiǎn)單，對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性較好。該區(qū)煤層由于受構(gòu)造影響、煤層厚度變化較大，煤層局部增厚達(dá)6.0m、局部變薄至0.2m，但大部分在4.0m左右。根據(jù)15＃煤層采掘工程圖，可供連續(xù)開(kāi)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(duì)應(yīng)儲(chǔ)量分別為，3.4萬(wàn)t、4.1萬(wàn)t、3.3萬(wàn)t和5.5萬(wàn)t。在作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)煤層厚度小于2.5m時(shí)，直接推過(guò)；當(dāng)大于2.5m且條件合適時(shí)，進(jìn)行放頂煤開(kāi)采，有利于提高煤炭回收率。

（3）支架采用鄰架保護(hù)下操作，有利于工人安全作業(yè)。

綜上所述，采用走向長(zhǎng)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(zhǎng)溝峪煤礦安子采區(qū)514回采工作面采用走向長(zhǎng)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(yùn)輸巷，沿煤層走向＋420m水平布置回風(fēng)巷。工作面運(yùn)輸巷長(zhǎng)為470m，采面斜長(zhǎng)平均75m。距溜煤上山20m處為停采線。在采用相應(yīng)的防倒、防滑技術(shù)措施（工作面調(diào)偽斜、刮板輸送機(jī)防滑及復(fù)位技術(shù)）之后，主要討論在復(fù)雜地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壁式開(kāi)采所必須解決的關(guān)鍵設(shè)備（支架）和配套技術(shù)問(wèn)題。

3.1 支架選型

針對(duì)長(zhǎng)溝峪15＃煤層514工作面的具體地質(zhì)條件，采用載荷估算法、實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法和理論分析法，分別對(duì)采煤厚度為2.5m和3.0m兩種開(kāi)采高度的液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

結(jié)合該礦煤層斷層多、傾角大的特點(diǎn)，經(jīng)比較對(duì)2.5m和3.0m采厚支護(hù)強(qiáng)度P分別取0.455MPa和0.495MPa。

根據(jù)煤層頂（底）板巖性、煤層厚度及理論計(jì)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(shí)，支護(hù)強(qiáng)度為0.69MPa，大于工作面頂板最大來(lái)壓強(qiáng)度，所以該型支架支護(hù)強(qiáng)度滿足要求。采煤工作面切眼長(zhǎng)70～80m，共計(jì)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(shù)參數(shù)：

支架高度 1600～2400mm；

支架長(zhǎng)度2800mm；

支架中心距1030mm，公司預(yù)定規(guī)格；

每架支柱數(shù)量4根；

移架步距800mm；

工作阻力1600kN；

初撐力760kN；

支護(hù)強(qiáng)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(zhǎng)壁放頂煤法（當(dāng)煤厚大于2.5m時(shí)），人工裝煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，整體頂梁組合懸移支架支護(hù)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(hù)）→移托梁→放頂煤（當(dāng)煤厚大于2.5m時(shí)）→移刮板輸送機(jī)→完成一個(gè)循環(huán)。

3.3 建議

長(zhǎng)溝峪煤礦應(yīng)進(jìn)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(dòng)化、智能化，提高工作面主要設(shè)備的機(jī)械化水平；強(qiáng)化管理水平，實(shí)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(dǎo)的復(fù)雜地質(zhì)條件下（傾角大、多褶曲斷層）的開(kāi)采技術(shù)體系。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)采煤方法的比選，得出走向長(zhǎng)壁整體頂梁組合懸移支架采煤法是長(zhǎng)溝峪礦安子采區(qū)開(kāi)采15＃煤層的首選方法。京煤集團(tuán)的走向長(zhǎng)壁整體頂梁組合懸移支架采煤法的研究試驗(yàn)成功，是對(duì)傾角大、多褶曲斷層條件下采煤方法改良的一次飛躍。長(zhǎng)溝峪煤礦應(yīng)用整體頂梁組合懸移支架進(jìn)行走向長(zhǎng)壁放頂煤技術(shù)的研究試驗(yàn)成功，為在類(lèi)似地質(zhì)條件下煤炭的安全高效開(kāi)采提供了科學(xué)的技術(shù)途徑和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 錢(qián)鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版，2003

[2] 董志峰，吳健.輕型放頂煤液壓支架及其與圍巖關(guān)系理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2003

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[6] 于向東.短壁機(jī)械化開(kāi)采工藝與裝備現(xiàn)狀[J].中國(guó)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

B

郭繼圣（1984－），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）采礦工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在北京煤礦設(shè)計(jì)咨詢(xún)公司從事設(shè)計(jì)咨詢(xún)工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）