大同煤田石炭系厚及特厚煤層采煤方法的選擇與評價-

1、收稿日期:2003-11-14作者簡介:王玉錦(1959-,男,1980年畢業(yè)于大同煤校采煤專業(yè),高級工程師,現(xiàn)任大同煤礦集團設(shè)計研究院院長,曾發(fā)表過多篇文章。大同煤田石炭系厚及特厚煤層采煤方法的選擇與評價王玉錦(大同煤礦集團設(shè)計研究院,山西大同037003摘要:針對大同煤田石炭系厚及特厚煤層賦存情況,列舉出鋪網(wǎng)分層綜采、大采高一次采全高、綜采放頂煤、傾斜分層上行充填開采方法。對分層采用大采高綜采、放頂煤綜采及傾斜分層上行充填開采進行分析論述,提出不同厚度煤層合理可行的采煤方法。關(guān)鍵詞:厚及特厚煤層;分層開采;大采高放頂煤開采中圖分類號:TD823125+4文獻標識碼:B 文章編號:1671-

2、0959(20040120014203隨著侏羅系煤層儲量的逐漸減少,其中厚煤層所占比例越來越小,而下部石炭系厚及特厚煤層賦存豐富開采能力將越來越大。研究適合大同煤田石炭系厚及特厚煤層條件下的合理采煤方法已日益引起人們關(guān)注。解決厚及特厚煤層的開采是關(guān)系到同煤集團能否持續(xù)均衡地進行煤炭開采,對提高經(jīng)濟效益有著極其重要的戰(zhàn)略意義。1煤層賦存條件大同煤田石炭二疊系含煤地層面積1739km 2,地質(zhì)儲量30813億t ;同煤集團開發(fā)的石炭二疊系煤田面積788km 2,占用儲量138177億t ,相當于侏羅系煤田儲量的三倍。大同煤田石炭系厚及特厚煤層主要有3-5號和8號兩個可采煤層,各煤層均因不均勻沉積和

3、沖刷以及后期煌斑巖的侵入,形成頂板起伏不平、煤層厚度變化大、夾矸較多、灰分較高的共同特征。135號煤層:在大部分地區(qū)穩(wěn)定可采,埋深300500mm ,煤層硬度中等以上,裂隙較發(fā)育。一般巖漿巖侵入煤層上部出現(xiàn)一層24m 的變質(zhì)煤帶,可采厚度為116329121m ,平均9165m 。煤層夾矸6-11層,層厚一般012013m ,最大016m ,平均總厚2m ;夾矸巖性多為中硬以下的砂質(zhì)、高嶺質(zhì)、炭質(zhì)泥巖。35號煤層直接頂主要是高嶺質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、局部為煌斑巖互層,局部直接位于煤層之上;老頂為厚層狀中硬以上的中、粗粒石英砂巖、砂礫巖及礫巖,厚度20m 左右;底板多為中軟的砂質(zhì)、高嶺質(zhì)、

4、炭質(zhì)泥巖、泥巖及高嶺巖,少量粉、細砂巖。5結(jié)語大采高綜采工作面是礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的基礎(chǔ),而大采高的技術(shù)裝備是高產(chǎn)高效礦井的有利保障。煤炭企業(yè)應(yīng)依托先進的技術(shù)裝備優(yōu)勢,進一步提高礦井生產(chǎn)的集約化程度;采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),靠引進新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝大幅度提高裝備水墻和生產(chǎn)能力,來實現(xiàn)煤礦企業(yè)質(zhì)的飛躍,趕超世界先進水平。在我國能源結(jié)構(gòu)進行調(diào)整的今天,結(jié)合煤炭的長遠規(guī)劃工作,優(yōu)先選擇資源條件和生產(chǎn)技術(shù)條件適宜的礦區(qū)和礦井作為開發(fā)的重點是非常必要的。在這個問題上應(yīng)解放思想,打破地域限制,為條件優(yōu)越的礦區(qū)或礦井配套建設(shè)運輸線路和相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈,達到改變煤炭工業(yè)面貌和煤炭工業(yè)布局的長遠目標,在我國出現(xiàn)

5、第二個、第三個神東礦區(qū),迎接煤炭工業(yè)新曙光!(責任編輯章新敏41設(shè)計技術(shù)煤炭工程2004年第1期28號煤層:與3-5號煤層間距平均35m左右,煤層厚度0160-14159m,平均厚度6112m,煤層結(jié)構(gòu)較簡單,一般由13個分層組成,夾矸為砂質(zhì)泥巖或高嶺質(zhì)泥巖,煤層含矸率平均5171%。直接頂多為單層結(jié)構(gòu),巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖;復(fù)合層結(jié)構(gòu)的直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖雙層結(jié)構(gòu)。厚度為3159m16189m,屬中等堅硬的巖石。老頂為穩(wěn)定的中、粗粒石英砂巖,局部為礫巖,堅硬,屬厚巨厚層狀。煤層瓦斯含量低,發(fā)火期6-12個月,地質(zhì)構(gòu)造簡單,煤層傾角多在5°以內(nèi)。2厚及特厚煤層幾種采

6、煤方法的評價根據(jù)上述煤層賦存條件與頂?shù)装鍫顩r,適用其開采的采煤方法有:2.1大采高一次采全厚綜采采煤方法大采高綜采采煤方法是國內(nèi)外高產(chǎn)工作面采用的主要方法,此種采煤方法采用支撐掩護式或掩護式液壓支架及時支撐頂板和現(xiàn)在所使用的中厚煤層采煤方法基本相似。在近水平、中等硬度、頂板穩(wěn)定、瓦斯含量較小、采高410m左右的條件下,使用國產(chǎn)大采高設(shè)備已取得了較好的效果,例如同煤集團四老溝礦厚煤層一次采全高工作面開采試驗, 2002年半年多時間產(chǎn)量突破200萬t;而引進國外成套大采高綜采設(shè)備的綜采面有的已突破800萬t/ a,全員效率大幅度提高,噸煤成本降低,極大地提高了市場的競爭能力。對于堅硬頂板采用頂板注

7、水和深孔爆破相結(jié)合的處理方法,其工藝過程還較簡單。2.2傾斜分層鋪網(wǎng)下行垮落開采分層鋪網(wǎng)采煤工藝過去是我國開采厚及特厚煤層的主要采煤方法之一,在礦井中普遍采用積累了較豐富的經(jīng)驗。此種采煤方法是將厚煤層沿傾斜方向劃分為若干個中厚煤層進行開采,在近水平煤層中各分層巷道布置基本與現(xiàn)在采用的巷道布置相同,主要有傾斜和垂直兩種布置方式。傾斜式布置,區(qū)段煤柱呈正梯形,煤柱損失較大,且分層層數(shù)越多 ,煤柱越大,工作面長度越小;垂直式布置雖克服了上述缺點,但因靠煤柱處頂板冒落不實,下分層掘進與開采時假頂難以維護。各分層開采由上向下逐層回采,第一分層開采時,需鋪設(shè)金屬網(wǎng)作為下面各分層開采時的假頂。其它分層開采時

8、因頂板為開采后的冒落頂板,采空區(qū)頂板不必再進行人工處理而隨采隨冒。由于松散矸石的墊襯,工作面來壓將不會明顯,可選用支撐力較低的支架進行支護。下分層順槽掘進在假頂下進行,應(yīng)采用架棚方式進行支護。2.3傾斜分層上行充填采煤法這種采煤方法也是將煤層沿傾斜分成幾個分層進行回采,只是開采順序是自下而上。采底分層時,回采工藝與現(xiàn)在的中厚煤層開采一樣,但采空區(qū)全部用砂子或其它材料進行充填,以此減少圍巖變形并防止了頂煤冒落。開采時,頂板活動不明顯,基本無周期來壓和初次來壓現(xiàn)象。下分層采過后,上分層就以充填物作為底板進行回采,頂板繼續(xù)用充填材料進行充填支護。這種方法增加了充填工作,投入也較大。2.4綜采放頂煤開

9、采方法綜采放頂煤開采技術(shù)使厚及特厚煤層采煤工藝有了新的突破,此種采煤方法具有適應(yīng)性強、掘進率低、生產(chǎn)集中、產(chǎn)量大、效率高、成本低等優(yōu)點,是一項厚煤層開采行之有效的采煤技術(shù)。圖1分層平巷的布置方式1997年度我國有76個綜采等級隊中,22個采用放頂煤綜采,而年產(chǎn)超200萬t的又是綜放工作面最多;1998年在煤層與頂板條件得天獨厚的兗煤集團已開始出現(xiàn)年產(chǎn)超500萬t的綜放工作面, 2002年兗煤集團興隆莊礦綜放工作面年產(chǎn)量已突破600萬t。特厚煤層放頂煤開采一般可分為兩種不同類型預(yù)采頂分層放頂煤開采;此開采方法和回采工藝方式如圖2所示。首先沿頂板在煤層中布置一個普通長壁工作面,而后沿底板布置一個放

10、頂煤工作面進行回采,將底分層上部的頂煤放出。為提高放煤效果,對大同較硬煤層,可用深孔爆破預(yù)先對頂煤進行松動,也可用即時爆破的方法處理。512004年第1期煤炭工程設(shè)計技術(shù) 圖2 預(yù)采頂分層放頂煤開采圖3一次采全高放頂煤開采一次采全高放頂煤開采方法:此種采煤方法是直接沿底板布置放頂煤工作面,如圖3所示。工藝過程同底分層放頂煤工藝一樣,只是要對頂板進行及時處理,以防頂板的大面積來壓等不安全現(xiàn)象發(fā)生。由于煤的墊襯作用,正常開采時支架受的壓力將不會太大,頂煤受擠壓作用較易放出,但由于頂煤厚度較大,處理頂板較困難,需對頂板及頂煤進行預(yù)注水等措施,此種方法比預(yù)采頂分層放頂煤開采效果更佳。2.5幾種采煤方法

11、的評價1大采高一次采全高綜采工藝簡單,由于采用重型化、強力化、自動化和機電一體化的設(shè)備,使工作面單產(chǎn)和工效得到大幅度提高。與分層開采相比,掘進率低,減少了巷道掘進維護費用,節(jié)省了金屬網(wǎng)等材料費用,有利于防止自然發(fā)火。易于集中生產(chǎn),產(chǎn)量大,減少了采掘隊組和設(shè)備占用費,利用緩和采掘接替緊張的矛盾。在目前情況下,厚度在315510m 且煤層厚度分布不均,變化較大時應(yīng)優(yōu)先采用此種采煤方法。2傾斜分層下行垮落采煤方法與一次采全高及放頂煤開采相比較掘進量大,增加了掘進費用,工藝較復(fù)雜。特別是網(wǎng)下開采,頂板破碎,上下出口處難以維護,產(chǎn)量小,效率低。煤炭回收率較低,煤炭容易自然發(fā)火。一般情況下,盡量不采用這種

12、采煤方法。3放頂煤開采方法雖增加了放頂煤工藝,但工作面產(chǎn)量大,效率高。與傾斜分層下行垮落法相比,掘進率低,掘進費用和巷道維護費用大大降低,工作面頂板維護容易。但煤炭回收率低,含矸率高。預(yù)采頂分層放頂煤開采比一次采全高放頂煤開采增加了頂分層的開采,掘進費、材料費用高,但頂板處理方法較簡單,防止了煤矸混運,減少了含矸率,提高煤質(zhì),并且起到了預(yù)先釋放瓦斯的作用。而一次采全高放頂煤開采,頂煤容易放出,頂煤塊度小,效果更好,但受頂板限制,應(yīng)大力進行這方面的研究與試驗,主要是頂板處理、瓦斯積聚及自然發(fā)火的防范。4傾斜分層上行充填采煤方法工藝較復(fù)雜,費用較高,掘進率高,產(chǎn)量小,效率低。但此種方法對地表影響小,地點下沉量小,裂縫少,在對地表保護有特殊要求的情況下較適用。3大同煤田石炭系厚及特厚煤層采煤方法的選擇根據(jù)上述幾種采煤方法的評價,目前適宜大同煤田石炭系厚及特厚煤層的采煤方法有放頂煤綜采和大采高一次采全高綜采及傾斜分層下行垮落采煤方法。在現(xiàn)有技術(shù)裝備情況下,煤層厚度在315610m 時應(yīng)優(yōu)先采用大采高一次采全厚綜采采煤方法,使用國產(chǎn)設(shè)