曹旭平

(山西約翰芬雷華能設(shè)計(jì)工程有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

在煤礦開采中，井下采礦作為一項(xiàng)核心環(huán)節(jié)，其采煤工藝直接關(guān)乎到井下采礦的效率與安全，這主要是由于井下采礦作業(yè)特點(diǎn)決定的。如何使煤礦井下采煤工藝合理、高效、安全性不斷提高，已經(jīng)成為煤礦開采工作中重點(diǎn)關(guān)注及亟待解決的問題。因此，探討分析正升煤礦井下采煤工藝應(yīng)用實(shí)踐具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。

1 正升煤礦基本情況

1.1 基本情況

正升煤礦為兼并重組整合礦井，由山西楊家莊煤業(yè)有限公司、山西楊家莊金泰和煤業(yè)有限公司、山西楊家莊安源煤業(yè)有限公司、山西汾陽金平煤業(yè)有限公司、山西汾陽安興煤業(yè)有限公司5個(gè)小型煤礦資源整合而成。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬t/a，斜立井混合開拓，其中主斜井為新建斜井、改造原金平煤業(yè)有限公司副立井為礦井副立井、改造原金泰和煤業(yè)有限公司主立井為礦井回風(fēng)立井。礦井地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存穩(wěn)定，開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，主采煤層平均厚度7.24 m，水文地質(zhì)條件中等，發(fā)熱量高，煤質(zhì)優(yōu)良，市場(chǎng)前景好。

1.2 煤礦存在的主要問題

正升礦井是多個(gè)小型煤礦整合而成，這些小煤礦又分別為2005年多個(gè)小煤窯整合而成，幾經(jīng)整合，更換業(yè)主，煤礦原始狀況，特別是井下開采狀況，資料缺失，雖經(jīng)地質(zhì)部門搜集整理、調(diào)查了解，但由于年代久遠(yuǎn)，人員變化較大，資料缺失嚴(yán)重。要徹底查明井下開采現(xiàn)狀，老巷、老空分布情況難度很大，這給礦井建設(shè)和生產(chǎn)帶來巨大安全隱患。井田內(nèi)鉆孔施工年代跨度大，封孔情況及封孔質(zhì)量不詳。報(bào)廢井筒個(gè)數(shù)、位置、處理方式等不明，這些有可能溝通上下含水層、地表水或者采空區(qū)、老空區(qū)積水，積氣等。井田勘探報(bào)告采用的瓦斯鑒定資料為整合前個(gè)別礦井近年來瓦斯鑒定結(jié)果，由于采煤方法、通風(fēng)條件變化，鑒定結(jié)果不能準(zhǔn)確反映整合后礦井瓦斯情況。

2 正升煤礦采區(qū)布置

2.1 采區(qū)數(shù)目和位置

首采區(qū)數(shù)目：根據(jù)礦井開拓布置及達(dá)產(chǎn)時(shí)工作面?zhèn)€數(shù)，達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力時(shí)移交一個(gè)采區(qū)。

首采區(qū)位置選擇：根據(jù)井田開拓部署及采區(qū)劃分，91采區(qū)東以F3斷層為界，西至井田邊界，南、北邊界均為井田邊界，采區(qū)面積大，儲(chǔ)量豐富，服務(wù)年限長(zhǎng)，勘探程度高，9+10+11號(hào)煤層未經(jīng)開采，推薦作為首采區(qū)。

首采區(qū)特征：采區(qū)東西走向長(zhǎng)1.8～4.2 km，南北傾斜寬1.1～2.5 km，面積約3.12 km2。采區(qū)內(nèi)含煤1層，即9+10+11號(hào)煤層，可采儲(chǔ)量31.62 Mt。

2.2 煤層分組、開采順序

煤層分組：上組煤層和9+10+11號(hào)煤層平均間距約70 m，不能采取聯(lián)合開采，按煤層分組布置。

開采順序：兩煤層相距較遠(yuǎn)，經(jīng)計(jì)算2號(hào)煤層處于9+10+11號(hào)煤層開采所形成的冒裂帶之上，具備上行開采條件。但本井田2號(hào)煤層開采殆盡，不影響初期9+10+11號(hào)煤層的開采，因此為避免“蹬空”開采，可根據(jù)9+10+11號(hào)煤層開采計(jì)劃，適時(shí)安排上組煤層開采，實(shí)行上行開采方案。

2.3 采區(qū)巷道布置

根據(jù)推薦的井田開拓方案，首采區(qū)布置在91采區(qū)，利用西翼膠帶運(yùn)輸大巷、西翼輔助運(yùn)輸大巷、西翼回風(fēng)大巷作為采區(qū)準(zhǔn)備巷道，在大巷北側(cè)布置回采巷道，輔助運(yùn)輸順槽通過聯(lián)絡(luò)巷與西翼輔助運(yùn)輸大巷相聯(lián)，膠帶運(yùn)輸順槽與西翼膠帶運(yùn)輸大巷直接連接，膠帶輸送機(jī)直接搭接；輔助運(yùn)輸順槽與西翼回風(fēng)大巷通過回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷聯(lián)接。

2.4 采區(qū)車場(chǎng)、裝車點(diǎn)及硐室

井下輔助運(yùn)輸大巷采用無軌膠輪車運(yùn)輸方式，與工作面輔助運(yùn)輸順槽采用中部平車場(chǎng)、聯(lián)絡(luò)巷方式聯(lián)絡(luò)，工作面設(shè)備由無軌膠輪車直接運(yùn)送至工作面。

煤炭運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)，順槽內(nèi)可伸縮膠帶輸送機(jī)和大巷帶式輸送機(jī)直接搭接。

3 正升煤礦采煤工藝選擇

3.1 開采技術(shù)條件

正升礦井的主要可采煤層為9+10+11號(hào)煤層，位于太原組，全區(qū)穩(wěn)定可采，厚度6.17～8.28 m，平均7.24 m，該煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，一般含0～2層夾矸，偶含4層。頂板為石灰?guī)r，局部有泥巖偽頂，底板多為泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖。9+10+11號(hào)煤層自然傾向性為容易自燃，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，屬低瓦斯礦井。煤層埋藏較淺，地溫、地壓正常，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

3.2 采煤方法

正升煤礦主采煤層為9+10+11號(hào)煤層，根據(jù)煤層地質(zhì)構(gòu)造及賦存特征，9+10+11號(hào)煤層采用長(zhǎng)壁式采煤方法，后退式開采，全部冒落法管理頂板。

3.3 厚煤層采煤工藝

大采高一次采全高：通常大采高綜采被認(rèn)為是指采煤機(jī)割煤高度和分層高度大于3.5 m的綜采，但事實(shí)上伴隨大采高技術(shù)和設(shè)備的不斷進(jìn)步與更新，大采高工作面目前最大采高已經(jīng)可以達(dá)到6 m，成為了我國(guó)煤礦礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的主要井下采礦工藝之一。與分層開采相比，大采高一次采全高的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①實(shí)現(xiàn)了煤炭資源利用率的提高，有利于煤炭資源的保護(hù)；②煤層掘進(jìn)量小，使得采掘關(guān)系得到了有效緩和以及掘進(jìn)費(fèi)用低；③使得回采工作面搬家次數(shù)減少，從而節(jié)省了設(shè)備搬遷安裝工作量和安裝費(fèi)用；④與普通采煤工藝相比，回采工作面單產(chǎn)開采量提高了1～3倍；⑤提高了塊煤率，增加了煤炭售價(jià)；⑥減少了注黃泥漿和鋪網(wǎng)等工序，節(jié)省了材料及巷道維修費(fèi)用；⑦有利于礦井實(shí)現(xiàn)集中生產(chǎn)，達(dá)到了提效、減面、減人等目標(biāo)；⑧減少了通風(fēng)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)，一定程度上降低了事故的發(fā)生幾率；⑨提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。缺點(diǎn)是設(shè)備大，巷道斷面大，設(shè)備運(yùn)輸和搬家較難，采煤面容易片幫。

人工假頂分層開采：所謂人工假頂分層開采是指將厚煤層分成若干層，上分層要為下分層鋪設(shè)人工假頂?shù)囊环N采煤工藝，適用于煤層頂板中等冒落，直接頂具有一定厚度的緩傾斜及傾斜厚煤層。這種采煤工藝的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效提高煤炭回收率，使厚煤層回采率最高可以達(dá)到95%以上，但由于鋪設(shè)假頂工作量大，工藝復(fù)雜，不僅需要更多的人力，而且推進(jìn)速度比較慢，巷道及下分層頂板維護(hù)困難，這些都使得生產(chǎn)組織管理復(fù)雜，雖然巷道掘進(jìn)率高，但相應(yīng)地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)成本。

綜采放頂煤采煤法：①早在1982年，我國(guó)的綜采放頂煤采煤試驗(yàn)就分別在陽泉、潞安、平頂山、沈陽礦務(wù)局等煤礦施行，自此綜采放頂煤采煤法在我國(guó)得到了極大的發(fā)展，并獲得了廣泛的推廣應(yīng)用，出現(xiàn)了兗州、陽泉、潞安等主要采用綜采放頂煤采煤法的大型高產(chǎn)高效礦區(qū)。近些年來，伴隨綜采放頂煤技術(shù)的不斷進(jìn)步以及設(shè)備的日趨完善，綜采放頂煤采煤法因?yàn)榫哂懈弋a(chǎn)、高效、安全、低耗、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，每當(dāng)有厚煤層需要開采的時(shí)候，綜采放頂煤采煤法就成為了首選采礦工藝。據(jù)悉在2000年就有12個(gè)工作面通過運(yùn)用綜采放頂煤采煤法實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)量超過2.00 Mt/a，而在2006年，兗州東灘礦綜采放頂煤工作面的單產(chǎn)達(dá)6.08 Mt/a，通過采用綜采放頂煤采煤法所帶來的經(jīng)濟(jì)效益非常明顯；②可以看到雖然綜采放頂煤采煤法有著許多優(yōu)點(diǎn)，然而不管哪一種采煤方法其優(yōu)點(diǎn)都是基于其試用條件的，如果沒有了適用條件，其優(yōu)點(diǎn)就沒有了存在的基礎(chǔ)。放頂煤由于主要是借助礦山壓力實(shí)現(xiàn)破煤，所以對(duì)煤層的賦存條件及可放性有著一定要求。結(jié)合我國(guó)多年的綜采放頂煤采煤工藝經(jīng)驗(yàn)，可以看到主要有煤層厚度和頂?shù)装鍙?qiáng)度、開采深度、煤巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度、煤層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、頂板條件、瓦斯及水文地質(zhì)條件、自然發(fā)火等因素影響頂煤冒放性。

3.4 采煤工藝選擇

正升煤礦煤層條件分析：①通過有限元計(jì)算的頂煤破壞系數(shù)可以尋找到頂煤冒放性與開采深度的關(guān)系規(guī)律。通常情況下，當(dāng)開采深度大于400 m的時(shí)候，此時(shí)頂煤易于冒落。本井田9+10+11號(hào)煤層采區(qū)埋深從80～420 m，從開采深度看，頂煤冒放性好；②煤層頂?shù)装鍙?qiáng)度—本礦9+10+11號(hào)煤層頂板為K2灰?guī)r、致密、堅(jiān)硬，厚度一般4.50 m左右?？箟簭?qiáng)度35.2～68.6 MPa，底板泥巖抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)為12.0～14.6 MPa，9+10+11號(hào)煤冒放性較好；③煤層厚度—本礦首采區(qū)域9+10+11號(hào)煤層平均厚度7.24 m，采高3.0 m，頂煤厚度平均為3.70 m左右，平均采放比1∶1.23，符合《煤礦安全規(guī)程》第68條規(guī)定；④煤層結(jié)構(gòu)—本井9+10+11號(hào)煤通常含夾矸0～2層，夾矸多為泥巖，且夾矸巖石強(qiáng)度相對(duì)較低，由于和煤層的強(qiáng)度基本相近，因此不會(huì)對(duì)頂煤的冒放性產(chǎn)生較大影響。

采煤工藝確定：根據(jù)以上采煤工藝分析，結(jié)合本礦9+10+11號(hào)煤層賦存情況及頂?shù)装鍡l件、冒放性的分析，適用于一次采全高和綜采放頂煤采煤法，由于厚煤層一次采全高綜采面的最大采高不宜超過5 m，結(jié)合鄰近高陽煤礦開采9+10+11號(hào)煤層冒放性好、無需人工強(qiáng)制放頂實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，正升礦井將采用綜采放頂煤采煤工藝。

確定的工藝優(yōu)點(diǎn)：①采煤方法容易實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)；②巷道掘進(jìn)率低，能夠顯著緩和礦井采掘關(guān)系；③單位進(jìn)度采煤能力大，相對(duì)減少了工作面搬家次數(shù)；④能夠明顯降低采煤成本，采煤方法更靈活。

4 結(jié)語

為了不斷提升煤礦采煤效率和質(zhì)量，各個(gè)煤礦企業(yè)有必要結(jié)合礦井的具體情況，探討如何通過相應(yīng)的采煤工藝提高采煤工作的效率和質(zhì)量具有重要的意義，對(duì)開采煤礦的技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，選擇合理采煤工藝，提高采煤工作的安全性，進(jìn)而促進(jìn)煤礦行業(yè)健康有序發(fā)展。