贠東風張袁浩程文東，2范振東蘇普正王東方孟曉軍劉 柱

（1.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054；2.西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西省西安市，710054；3.教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西省西安市，710054；4.華亭煤業(yè)集團有限責任公司，甘肅省華亭市，744100；5.華亭煤業(yè)集團有限責任公司東峽煤礦，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1，3張袁浩1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.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054；2.西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西省西安市，710054；3.教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西省西安市，710054；4.華亭煤業(yè)集團有限責任公司，甘肅省華亭市，744100；5.華亭煤業(yè)集團有限責任公司東峽煤礦，甘肅省華亭市，744100）

基于華亭煤業(yè)集團東峽煤礦大傾角特厚煤層賦存條件，通過對走向長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)濟比較與綜合分析，認為走向長壁傾斜分層放頂煤采煤法技術(shù)較優(yōu)越、更為經(jīng)濟合理。現(xiàn)場實踐也取得了良好經(jīng)濟技術(shù)效果。

大傾角特厚煤層 走向長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

為實現(xiàn)我國大傾角煤層（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，大傾角煤層走向長壁綜合機械化開采理論與技術(shù)體系已基本形成，針對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，直接影響整個礦井的生產(chǎn)安全和各項技術(shù)經(jīng)濟指標。

甘肅華能華亭煤業(yè)集團東峽煤礦（簡稱東峽煤礦）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壁單體支柱放頂煤采煤法等方法對該礦大傾角煤層進行回采，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效益。

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)（以下簡稱西翼擴大區(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合作，針對煤層特殊賦存條件，經(jīng)過調(diào)研論證認為走向長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。

1　煤層賦存特征

東峽煤礦西翼擴大區(qū)地質(zhì)儲量為18.28 Mt，可采儲量為12.82 Mt，主采煤層為6-2煤層，井下標高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，而走向長壁綜采放頂煤法經(jīng)過多年的積極研究與試驗取得了較好的技術(shù)與經(jīng)濟效果。

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壁傾斜分層綜放與水平分段綜放對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系統(tǒng)的穩(wěn)定性，水平分段綜采放頂煤法的突出優(yōu)點是工作面呈水平布置，如圖1所示，工作面設備不會倒滑，且安裝回撤更容易，采煤工藝和管理都較為簡單，但是工作面長度直接受煤層厚度和傾角的制約。由于東峽煤礦西翼擴大區(qū)可采煤層平均厚度為19.6 m，平均傾角達到64°，若采用水平分段綜采放頂煤回采該區(qū)域煤炭資源，設計工作面采高為2.5 m，采放比為1∶3，需要布置7個水平分段綜放工作面，導致搬家頻繁，巷道掘進量大。工作面長僅為20 m左右，單產(chǎn)低，為達到礦井生產(chǎn)能力，勢必造成多頭多面，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，走向長壁傾斜分層綜采放頂煤便于集中生產(chǎn)、掘進率低、無底板脊背煤損失和單產(chǎn)高等優(yōu)點，且工作面長度大，搬家次數(shù)少。此外，通過對走向長壁傾斜分層與水平分段綜采放頂煤巖層移動的對比研究可知，走向長壁傾斜分層開采還可減輕圍巖垮落和地表移動強度。

由于西翼擴大區(qū)煤層特厚，據(jù)頂煤冒落與其運移規(guī)律試驗研究結(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，走向長壁傾斜分層綜放工作面剖面圖見圖2。

盡管采用走向長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需要在生產(chǎn)中引起重視。由于頂?shù)装鍘r層的破壞移動，工作面易發(fā)生支架滑、倒及架間擠、咬現(xiàn)象，工作面支護系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，為了減緩移架時支架底座對底板的擾動，采用抬底座機構(gòu)；保證工作面正常生產(chǎn)的關(guān)鍵在于解決支架、采煤機和刮板輸送機的穩(wěn)定性問題，以及上分層底煤控制與下分層破碎頂板支護問題。

大傾角厚煤層走向長壁綜放經(jīng)過多年的研究與實踐，在設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，為分層綜放試驗奠定了基礎。

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

（1）西翼擴大區(qū)煤層硬度較大，不易片（塌）幫，有利于預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、支護強度等均依據(jù)東峽煤礦煤層條件設計。且設計利用雙側(cè)活動側(cè)護板和底調(diào)機構(gòu)解決支架下滑、失穩(wěn)后的調(diào)整難題。

圖2　走向長壁傾斜分層綜放工作面剖面圖

（3）從適應性和可靠性方面對三機進行了研究，采用牽引功率大，制動可靠性高的電牽引雙滾筒采煤機和高強度刮板輸送機，保證其在大傾角工作面正常運行。

（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對傾倒支架采用動態(tài)扶架技術(shù)可有效解決大傾角工作面三機下滑和支護系統(tǒng)失穩(wěn)難題，保障了工作面安全生產(chǎn)。

3　經(jīng)濟比較與分析

若采用走向長壁傾斜分層綜放，按上、下分層布置工作面。為降低試驗技術(shù)和管理難度與風險以及受采掘接替所限，上分層工作面長度較??；待上分層回采試驗積累經(jīng)驗后，再將下分層工作面加長，充分發(fā)揮走向長壁綜放的優(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1008 m，傾向長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1000 m，傾向長102 m，采高2.6 m，放煤高度7.1 m，采放比1∶2.7，采煤機單向割煤，兩刀一放，日推進2.4 m。分層工作面掘進量為4930 m，掘進率為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，掘進量為15582 m。工作面長20 m，走向長1000 m，采高2.5 m，放煤高度7.5 m，采放比1∶3。采煤機單向割煤，兩刀一放，日推進4.8 m。

走向長壁傾斜分層綜放工作面長度遠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)量遠大于水平分段綜放工作面，收益快，利潤高。工作面主要經(jīng)濟技術(shù)指標比較如表1所示。

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

經(jīng)濟比較表明，走向長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)濟優(yōu)越性主要體現(xiàn)在:

（1）產(chǎn)量、工效提高。走向長壁傾斜分層綜放工作面長度大，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，遠大于水平分段綜放面。

（2）萬噸掘進率、掘進費用大幅下降。水平分段綜放工作面萬噸掘進率123.08 m/萬t，遠大于傾斜分層綜放的34.62 m/萬t。

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

4　現(xiàn)場試驗

綜合上述技術(shù)與經(jīng)濟比較，大傾角特厚煤層走向長壁傾斜分層綜采放頂煤在技術(shù)上較為優(yōu)越、經(jīng)濟上更為合理。因此礦方?jīng)Q定對西翼擴大區(qū)大傾角特厚煤層采用走向長壁傾斜分層綜放，經(jīng)現(xiàn)場實踐，取得了較好效果。

首采上分層工作面于2012年1月8日進行試生產(chǎn)，2013年10月回采結(jié)束并安全順利回撤。工作面累計推進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%，萬噸掘進率42.12 m/萬t。

次采下分層工作面2014年2月11日進行試生產(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壁傾斜分層綜采放頂煤在技術(shù)與經(jīng)濟上較水平分段綜采放頂煤具有明顯優(yōu)越性。

（2）理論計算表明走向長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，年利潤增加6757.1萬元；掘進率較水平分段綜放工作面降低88.46 m/萬t。

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

［1］ 伍永平，贠東風，張淼豐.大傾角煤層綜采基本問題研究［J］.煤炭學報，2000（5）

［2］ 伍永平，贠東風.大傾角煤層安全高效開采技術(shù)研究進展［J］.煤炭學報，2014（8）

［3］ 徐永圻.煤礦開采學［M］.江蘇:中國礦業(yè)大學出版社，2009

［4］ 來興平，王寧波，胥海東等.復雜環(huán)境下急傾斜特厚煤層安全開采 ［J］.北京科技大學學報，2009（3）

［5］ 易永忠，曹建濤，來興平等.急斜煤層水平分段綜放開采圍巖失穩(wěn)特征分析 ［J］.西安科技大學學報，2009（5）

［6］ 張瑞曉，崔永豐.急傾斜煤層采煤方法研究與設計［J］.煤炭工程，2009（11）

［7］ 解盤石，伍永平，高喜才等.大傾角硬底軟頂煤走向長壁綜放開采集成技術(shù) ［J］.煤炭工程，2009（5）

［8］ 宋長生.綜放開采在大傾角堅硬易燃特厚煤層中的應用［J］.中國煤炭，2006（7）

［9］ 伍永平，贠東風.大傾角綜采支架穩(wěn)定性控制［J］.礦山壓力與頂板控制，1999（3/4）

［10］ 沈杰，許輝.大傾角支架穩(wěn)定性理論分析［J］.中國煤炭，2003（3）

［11］ 程文東，謝俊文，王更雨等.急傾斜煤層分層與分段放頂煤巖層移動對比［J］.煤炭學報，2009（4）

［12］ 謝俊文，高小明，上官科峰.急傾斜特厚煤層走向長壁綜放開采技術(shù)［J］.煤炭學報，2005（5）

［13］ 章黎明.王家山煤礦大傾角厚煤層綜放采場礦壓規(guī)律研究［J］.煤炭科學技術(shù)，2007（12）

［14］ 崔道品，易漢華，吳峰峰.大傾角松軟厚煤層綜放開采放煤工藝研究［J］.煤炭工程，2013（11）

（責任編輯 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（1962-），男，陜西臨潼人，教授，1984年畢業(yè)于西安科技大學（原西安礦業(yè)學院），主要從事復雜煤層開采與采礦系統(tǒng)工程方面的教學與科研。