雷佳(中煤陜西榆林能源化工有限公司大海則煤礦，陜西 榆林 719000)

0 引言

眾所周知，我國不僅是全球煤炭生產(chǎn)大國，同時也是煤炭消費大國，煤炭這一資源在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。根據(jù)我國的煤炭儲量來看，其中厚度超過3.5m的厚煤層在全部煤炭資源中的儲量為44%，其中厚煤層的產(chǎn)量在煤炭總產(chǎn)量中所占的比例為45%左右[1]。根據(jù)厚煤層的分布情況來看，其主要分布在我國大多數(shù)的產(chǎn)煤、區(qū)與各大煤炭集團公司中，當前厚煤層開采已經(jīng)成為我國實現(xiàn)高效、安全開采的關(guān)鍵技術(shù)，其中針對千萬噸級的礦井開采方式為厚煤層開采。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備制造工藝的不斷提高，煤層埋深的逐漸加大，為機械化采煤快速發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，其中長壁采煤法的發(fā)展尤為突出；而厚煤層開采方法則主要有分層開采、放頂煤開采、大采高綜采3種[2]。要建設(shè)高產(chǎn)高效礦井，選擇適宜的采煤方法是關(guān)鍵，應(yīng)按照煤層地質(zhì)條件以及開采煤礦的經(jīng)濟條件決定選用哪種采煤方法，盡可能滿足回采安全、產(chǎn)量大、煤質(zhì)好、成本低、效率高等要求。

1 工程概況

大海則煤礦原屬于神華集團神東煤炭公司，是一個規(guī)模較大的出口煤基地，大海則井田位于陜西省榆林市榆陽區(qū)西部，2號煤層厚度4.41～10.97m，平均厚度6.32m。煤層厚度由南向北漸變厚，規(guī)律明顯，以厚-特厚煤為主，2號煤層在區(qū)內(nèi)以埋藏淺、厚度大為顯著特征。這一煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，通常不含或者只含0.10m～0.35m厚的一層粉砂質(zhì)泥巖夾矸。其直接頂板巖性主要是泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，直接底板巖性主要是泥巖和泥質(zhì)粉砂巖。

2 煤層賦存條件

2.1 煤層傾角

煤層傾角對支架穩(wěn)定性會產(chǎn)生直接影響。伴隨傾角的增大，上覆巖層重力會沿著切向?qū)用嬷饾u增大分量，沿著垂直法向?qū)用娴姆至縿t逐漸減小，頂?shù)装寤屏垦刂鴮用嬷饾u增大[3]。如此一來，煤層工作面支架的垂直荷載較小，但承受著較大的側(cè)向力，弱化支架的穩(wěn)定性。大海則礦井對應(yīng)的地質(zhì)條件較為簡單，2號煤層有0.6°傾角，屬于近水平開采，方便使用大采高開采。

2.2 埋深

按照在多個礦區(qū)得到的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)周期來壓步距大多不超過20m，也就是支架支護強度不超過1.4MPa。根據(jù)架寬為2.05m來考慮，支架工作阻力則能達到15785kN。現(xiàn)階段國內(nèi)設(shè)計的采高為7m的液壓支架的工作阻力最大能達到18000kN，可以滿足大海則煤礦深部超大采高回采的支護要求[4]。

2.3 煤層厚度

2號煤層全礦井煤層厚度主要集中在5.0～7.5m之間，其中有87.65%的煤層厚度都在5.0～7.5m之間。根據(jù)當下超大采高綜采技術(shù)的發(fā)展情況，超大采高綜采中7m是一個界限，全礦井中有77.17%煤層的厚度都在5～7m之間。綜合煤層賦存條件分析，2號煤層具備采用割煤高度5.6m和割煤高度6.9m的大采高綜采煤層厚度條件。

3 安全生產(chǎn)條件分析

3.1 瓦斯

按照地質(zhì)報告，通過對勘探瓦斯采樣測試進行分析，發(fā)現(xiàn)2號煤層中含有瓦斯，每一克可燃物質(zhì)中有0～5.14ml/g二氧化碳、0～0.38ml/g甲烷、0～0.02ml/g重?zé)N。瓦斯的成分為：0～23.89%二氧化碳、0～18.14%甲烷、0～1.57%重?zé)N。這表明煤層瓦斯就是屬于二氧化碳-氮氣帶，如果使用超大采高綜采方法，其工分帶作面就會有較大的通風(fēng)斷面，可以使有害氣體被有效稀釋。

3.2 煤塵爆炸危險性

測試2號煤層，發(fā)現(xiàn)其火焰長度超過400mm，有90%的抑制煤塵爆炸最低巖粉用量，所以將其確定為存在爆炸危險的煤層，如果使用超大采高綜采技術(shù)，就會增大煤塵絕對總量，應(yīng)通過各種策略實施噴霧降塵，保證工作面回采的安全性[5]。

3.3 自燃傾向性

2號煤層煤的吸氧量0.68～0.74cm3/g，自燃傾向性等級為Ⅰ類和Ⅱ類，自燃傾向性屬容易自燃和自燃。據(jù)周邊資料，區(qū)域上的主采煤層露頭均已自燃，榆橫礦區(qū)中的小煤礦堆煤及巷道中的煤柱也有自燃現(xiàn)象發(fā)生，亦能說明該煤層易自然發(fā)火。設(shè)計按易自燃煤層采取綜合預(yù)防煤層自然發(fā)火的措施。

3.4 頂?shù)装鍡l件

綜合上述分析得出頂?shù)装宓臈l件如下：

(1)煤層頂板主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，能夠做到隨采隨冒。

(2)頂板的及時垮落能在一定程度上減緩支架的載荷和煤壁壓力，防止片幫和冒頂。

(3)頂板強度中等，頂板完整度較好，利于大采高開采。

(4)煤層底板主要是泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，其中有69.8%是粉砂巖，有22.5%是泥巖，屬于中等強度，對快速推移支架是有利的。

4 相似煤層開采條件類比分析

從大海則煤礦所處位置看，處于榆林地區(qū)。附近的井田均沒有大規(guī)模開采，可借鑒的是神木地區(qū)的神東礦區(qū)幾個超大采高開采的礦井和陜煤集團的紅柳林煤礦。

上灣第一個大采高7m工作面和大柳塔礦大采高7m工作面的埋深都較淺，而大海則礦有較大的埋深，要加強對工作面礦壓顯現(xiàn)構(gòu)成的分析，優(yōu)化支架選型；頂板和底板條件沒有明顯的差異，當?shù)装迨悄鄮r時可能會使生產(chǎn)受到較大的影響，相比之下大海則煤礦具備較好的底板條件；大海則煤礦對應(yīng)較軟的礦體，在開采環(huán)節(jié)有遇到片幫問題的可能性，應(yīng)適當借鑒開采上灣、大柳塔煤礦的經(jīng)驗。在開采趙莊煤礦時使用經(jīng)過改進的ZY12000/28/62D型兩柱掩護式液壓支架，依托科學(xué)的采煤工藝和流程有效管理工作面現(xiàn)場，有序回采大采高工作面。在梁北煤礦的開采中運用臺階割煤、支架初撐力與正規(guī)循環(huán)率的提高、推進速度的加快等手段，對特殊地段進行注漿加固，確保工作面的生產(chǎn)正常而有序，在限產(chǎn)情況下達到月均單產(chǎn)15萬t的標準。

綜上，根據(jù)將大采高綜采用于較軟厚煤層的實踐情況，發(fā)現(xiàn)工作面煤壁因為煤較軟必然會發(fā)生片幫現(xiàn)象，利用改善支架結(jié)構(gòu)或者提高初撐力或者加快推進速度、注漿加固、臺階割煤等方案)等措施，完全能夠?qū)崿F(xiàn)超大采高綜采。

5 煤炭質(zhì)量與效益

5.1 煤炭質(zhì)量

從混矸率和回收率角度分析，2號煤一般不含或含1層厚0.10m～0.35m的粉砂質(zhì)泥巖夾矸，若采用超大采高綜采工藝，含矸率預(yù)計低于0.05%或甚至不含矸石。若采用大采高綜放工藝，由于頂煤厚度較小，平均只有約2.9m，預(yù)計混矸率在5%～10%左右?；祉仿屎突厥章适窍嗷ッ艿模粢岣呋厥章?，則免不了導(dǎo)致原煤混入矸石量增加，神華柳塔礦2-2煤層厚度7.3m，由于其直接頂強度較低，原煤含矸率較高，達9.38%，柳塔礦原煤輸往臨近的布爾臺3000萬t/a選煤廠，為了提高回收率，也容忍了一定的含矸率，在留有一定底煤的情況下，柳塔礦大采高綜放工作面純回收率仍達到了86.7%。

5.2 效益

從工作面定員來分析，超大采高綜采工工作面自動化程度較高，一般一個綜采隊定員人數(shù)多為70～80人左右。大采高綜放工工作面由于有放煤環(huán)節(jié)，一個綜采隊定員人數(shù)一般在100～120人左右，雖然國內(nèi)有不少綜放面采用電液控制系統(tǒng)，但在放煤時往往需要人工干預(yù)。

從推進速度和產(chǎn)量角度分析，超大采高綜采工作面推進速度較快，一般日推進12～16m，年產(chǎn)原煤12.0～14.0Mt/a，補連塔礦22303工作面曾創(chuàng)出日割煤21刀，生產(chǎn)原煤5.28萬噸的記錄。而大采高綜放工作面推進速度稍慢，一般日推進6～10m，年產(chǎn)量約在6.0～8.0Mt/a左右，據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)大多數(shù)7～8m厚度煤層大采高綜放工作面日產(chǎn)量多在2萬噸左右。

6 大采高綜采和綜放工藝對比

6.1 工藝成熟度對比

從割煤高度分析，2號煤層平均厚度6.9m，若采用超大采高綜采，國內(nèi)現(xiàn)有的7.2m綜采液壓支架完全可以滿足要求，若采用超大采高綜放，適宜的割煤高度為4.0m，國內(nèi)4.2m支護高度的大采高綜放支架也比較成熟。

6.2 設(shè)備投資對比

從設(shè)備投資分析，300m長工作面設(shè)備投資在5～6億左右，而大采高綜放300m長工作面設(shè)備投資在3～4億左右，超大采高綜采設(shè)備投入較綜放高1億左右，這主要是超大采高進口采煤機和高強度支架費用較昂貴。

6.3 影響因素對比

根據(jù)對影響因素的分析來看，超大采高綜采工藝要求設(shè)備具有較高的可靠性，而且煤壁片幫等會在一定程度上對快速推進工作面產(chǎn)生制約作用，然而超大采高工藝的好處就在于布置工作面較為簡潔，管理也較為簡單。大采高綜采因為涉及到前后兩部刮板，需要多點出煤，所以其工作面的操作及管理都較為復(fù)雜。除此以外，脆性煤體放煤頂煤的工作面會有很大的粉塵，因為2號煤頂板大多都是砂質(zhì)泥巖，其強度比破碎塊度小，容易提高混矸率，而且采空區(qū)遺煤容易留下自然起火隱患[6]。

7 結(jié)語

綜合前述論證，從煤層條件、安全條件、相似煤層開采條件類比分析、煤質(zhì)及效益、大采高綜采和綜放工藝對比5個方面比較分析認為，大海則煤礦2號煤層能夠采用綜放開采亦可以采用綜采開采。并對可能采用的設(shè)備進行了選型，對回采工藝進行了研究。對比分析了大海則礦應(yīng)用超大采高綜采工藝和綜放工藝的主要指標，認為2號煤層適宜采用超大采高綜采，且分析的各項指標一般均優(yōu)于綜放開采，建議優(yōu)先考慮綜采開采方案。