關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

大同煤田侏羅紀5m煤層堅硬頂板條件下一次采全高工藝

尹達君

摘要   介紹了大同煤礦集團公司四老溝礦在大采高工藝的頂板管理、巷道布置、經(jīng)濟效益，總結(jié)了大采高開采的可行性。

關(guān)鍵詞  堅硬頂板；一次采全高；實踐

1、概況

      厚煤層(大于3.5米)具有儲量優(yōu)勢，也是實現(xiàn)工作面、礦井高產(chǎn)高效的基本條件，然而目前世界各國在厚煤層開采方面大都沿用傳統(tǒng)的分層開采方法，沒有將厚煤層的儲量優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量和效益優(yōu)勢，為了大力發(fā)展厚煤層的儲量優(yōu)勢，大同煤礦集團公司2002年上馬一套以國產(chǎn)為主，關(guān)鍵設備引進的大采高綜采設備。

大同礦區(qū)5米厚煤層儲量豐富，僅大同煤礦集團公司所采區(qū)域的可采儲量就達1.7 5億噸，因此通過技術(shù)創(chuàng)新研究探索該類煤層的開采方法，進行一次采全高技術(shù)裝備與配套工藝攻關(guān)，實現(xiàn)這一厚煤層的高產(chǎn)高效，高資源回收率的開采，成為大同煤礦集團公司函待解決的技術(shù)難題。

2、地質(zhì)情況

2．1盤區(qū)概括

四老溝礦14#層404盤區(qū)位于井田西北部，煤層厚3.5～8.84米，盤區(qū)采用雙翼布置，走向長2400米，傾向長度1804～2334米，平均20676米，蓋山厚度214～387米，平均320米。

2．2煤層條件

據(jù)已掘14#層404盤區(qū)巷道實測見煤點及盤區(qū)21個鉆孔資料分析，盤區(qū)巷東部煤層厚度3.5～8.84米，厚度變化大，煤層結(jié)構(gòu)單一；西部煤層厚度3.57～5.41米，平均4.59米。14#層為暗煤、亮煤為主。原煤灰分8.79％，屬低灰煤；硫分含量平均都低于1％、為0.89%;發(fā)熱量6333千卡/公斤，煤種為二號弱粘煤。

2．3地質(zhì)構(gòu)造

該盤區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，地層傾角平緩，一般3～5^。，盤區(qū)內(nèi)共有斷層4條，落差大于5米1條，落差l～2米3條，其中最大一條斷層在l4#層404盤區(qū)東翼，落差2．0～6．8米。本區(qū)地質(zhì)大同向斜軸影響，有褶曲構(gòu)造，對開采影響不大。盤區(qū)西翼有火成巖墻出露，對其兩側(cè)煤層有烘烤現(xiàn)象，但對煤層開采影響不大。

2．4頂?shù)装迩闆r

偽頂為灰色粉砂巖，厚0.35米；直接頂以灰白色細耱巖及中粗巖為主，層厚0.79～6.8米，平均6.6 8米；老頂為深灰色粉耱巖互層，層厚12.8米以上；直接頂為灰褐色粉耱巖，層厚0.9 5～9.8 7米，平均2.7 6米。

2．5上覆下浮采掘情況

盤區(qū)西部小窯正開采11#層，北部城區(qū)達子溝開采11#層和14#層。本盤區(qū)除2#、11#、層工采外，其余大部分煤層厚度小于0.8未采，2#層距本層間距192米，11#層距本層間距28.5米左右。

2．6水文地質(zhì)條件

地表屬里河水系，本層及上覆1l#層頂?shù)装鍘r石中無含水層，低沼氣煤層，煤層爆炸指數(shù)40％。

2．7儲量

2000年底核實確定14#層盤區(qū)工業(yè)儲量2941.0萬噸，可采儲量1711.2萬噸。404盤區(qū)工業(yè)儲量1295.3萬噸，可采儲量753.7萬噸。404東盤區(qū)工業(yè)儲量1646．7萬噸，可采儲量957.5萬噸。

3、采煤工藝

3．1設備選型

采煤機使用德國艾柯夫生產(chǎn)的SL一5 0 0型雙滾筒搖臂式。支架使用ZZ9900／29.5／50支撐掩護式，由北京煤機廠和鄭州煤機廠生產(chǎn)。刮板輸送機使用SGZ1000／1050型轉(zhuǎn)載機使用SZZ1000／375型。皮帶自移尾裝置ZY2700型均由張家口煤機廠生產(chǎn)。皮帶使用SSJ1200／3×250G由廣東石龍煤機廠生產(chǎn)。

3．2采煤工藝

采煤機割煤采用雙向割煤法，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，采高一般控制在4.8米左右，大于4.8米煤層留頂煤開采，小于4.8米見頂見底。

工作面采用正循環(huán)作業(yè)方式，采煤機進刀采用在工作面頭、尾割三角煤的斜切進刀方式，其工藝過程為：頭、尾部斜切進刀一正常割煤一移架一移溜。

3．3巷道布置

工作面采用雙巷布置方式，巷道沿傾向布置，切眼沿走向布置。機軌合一巷寬x高=5.0×3.5，用于出煤、進風蒹存放設備列車。軌道巷道  寬×高=4.3×3.5，用于運料、回風。切眼寬×高=8.4×4.0，一次成巷。巷道采用錨栓、錨索聯(lián)合支護方式，另加金屬網(wǎng)和護幫網(wǎng)，錨索長度6.3米，錨栓長度2.0米。$Page_Split$

4、頂板管理

工作面高度增大以后，工作面的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律以及對開采工藝的影響有其特殊性。

4．1工作面來壓規(guī)律觀察

首采工作面8402當工作面推進20米時，古塘偽頂全部垮落，同時直接頂開始垮落，推進至30米時，工作面中部30#—86#架古塘直接頂基本垮落，結(jié)合切巷的支護情況判斷直接頂初次垮落步距在22—36米，平均為25米。

當工作面推進至5 3—57米時工作面老頇初次來壓，基本頂初次來壓時來壓預兆不大明顯，壓力顯現(xiàn)時工作面中部較尾部明顯，尾部較頭部明顯動載系數(shù)為：中部1.21，尾部1.16，頭部1.08。來壓后，中部有個別支架安全閥開啟，根據(jù)老頂分級指標結(jié)合老頂初次來壓步距為54.5米，判斷在工作面老頂屬于II級來壓明顯。

工作在開采800米段過程中，進行了全面的礦壓觀察，從觀察結(jié)果來看，本工作面周期來壓始終基本頂中部來壓次數(shù)多且強度大，頭、尾部來壓次數(shù)少且強度小，來壓強度的平均為1.26，周期來壓步距在l5—28米之間，平均16.5米。

4．2采空區(qū)頂板管理

工作面開采采空區(qū)頂板管理方法為自然垮落結(jié)合人工強制放頂，初次放頂步距為28米，步距放頂為20米。

初次放頂步距參數(shù)表

4．3頂板管理技術(shù)措施

兩順槽及切巷防護措施：超前支護由原20米，增加到50米，雙排單體支柱，對上方煤柱地段進行加固，架設工字鋼棚或錨索帶工字鋼梁。

機道頂板護幫：因本工作面見頂見底，割平頂板底板，頂板破碎時實行超前移架，擦頂移架等方法，盡可能確保機道頂板完整。

工作面內(nèi)特殊地段機道過渡段落的頂板管理，由于兩順槽沿底留頂，掘巷高度3.5米，工作面采高4.8米有一段高差，所以工作面頂板要以一定的角度緩慢過渡到兩順槽頂板，即從順槽頂板起2^。起坡緩慢過渡到工作面采高，頭尾過渡段一定要保持坡度平緩，避免突變臺階，保證支架頂梁接頂效果。

過上層煤柱安全技術(shù)措施：上覆11#層距本層間距平均30米，上部有兩條20～30米的煤柱，在開采過程中，過煤柱壓力顯現(xiàn)特別明顯，片幫深度最大達到2米，安全閥80%開啟，采取調(diào)斜工作面，打開二級護壁板，提高初撐力等措施。

5、經(jīng)濟效益評價

①由于采高增大，大大提高了現(xiàn)有區(qū)段煤炭開采率，以1 4^#層404盤區(qū)煤層厚3.5～8．84米，原設備開采3.2～3.3米，對于平均煤厚5.1米煤層，損失1.8米，厚度損失占35.3%，按此計算，盤區(qū)僅煤厚損失就達600萬噸，采用于4.8米一次采全高，僅煤厚度的回收就可提高30％，并與回收可采原煤513萬噸。

②根據(jù)8402工作面生產(chǎn)情況，因受全礦環(huán)節(jié)能力影響，大采高日產(chǎn)可達8000噸/日。

經(jīng)濟效益：設備投資回收期短，投資利潤高；設備投資1.1億元，按全礦成本80元／噸計算噸煤銷價110元，全年效益200×30=6000萬元，投資利潤率6000／11000=54.5％。工效：81噸／(工、天)。

6、結(jié)論

實踐表明，大采高一次采全高工作面取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果，一般情況下，其主要的技術(shù)經(jīng)濟指標要優(yōu)于分層綜采工作面，大采高綜采工作面的單產(chǎn)要比同一煤層條件下的分層綜采工作面提高2.6～4倍，而開采工效則要高16倍，堅硬頂板條件下的一次采全高，已在技術(shù)經(jīng)濟上體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Γ榻档途蜻M率、緩和采掘關(guān)系、簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)和安全生產(chǎn)提供了條件。因此，在大同礦區(qū)“兩硬’’條件下進行采高5米的開采具有示范和推廣意義。

作者簡介：

尹達君(1964～)男，大學文化程度，高級工程師，現(xiàn)任四老溝礦總工程師。