大同煤田石炭系厚及特厚煤层采煤方法的选择与评价-

1、收稿日期:2003-11-14作者简介:王玉锦(1959-,男,1980年毕业于大同煤校采煤专业,高级工程师,现任大同煤矿集团设计研究院院长,曾发表过多篇文章。大同煤田石炭系厚及特厚煤层采煤方法的选择与评价王玉锦(大同煤矿集团设计研究院,山西大同037003摘要:针对大同煤田石炭系厚及特厚煤层赋存情况,列举出铺网分层综采、大采高一次采全高、综采放顶煤、倾斜分层上行充填开采方法。对分层采用大采高综采、放顶煤综采及倾斜分层上行充填开采进行分析论述,提出不同厚度煤层合理可行的采煤方法。关键词:厚及特厚煤层;分层开采;大采高放顶煤开采中图分类号:TD823125+4文献标识码:B 文章编号:1671-

2、0959(20040120014203随着侏罗系煤层储量的逐渐减少,其中厚煤层所占比例越来越小,而下部石炭系厚及特厚煤层赋存丰富开采能力将越来越大。研究适合大同煤田石炭系厚及特厚煤层条件下的合理采煤方法已日益引起人们关注。解决厚及特厚煤层的开采是关系到同煤集团能否持续均衡地进行煤炭开采,对提高经济效益有着极其重要的战略意义。1煤层赋存条件大同煤田石炭二叠系含煤地层面积1739km 2,地质储量30813亿t ;同煤集团开发的石炭二叠系煤田面积788km 2,占用储量138177亿t ,相当于侏罗系煤田储量的三倍。大同煤田石炭系厚及特厚煤层主要有3-5号和8号两个可采煤层,各煤层均因不均匀沉积和

3、冲刷以及后期煌斑岩的侵入,形成顶板起伏不平、煤层厚度变化大、夹矸较多、灰分较高的共同特征。135号煤层:在大部分地区稳定可采,埋深300500mm ,煤层硬度中等以上,裂隙较发育。一般岩浆岩侵入煤层上部出现一层24m 的变质煤带,可采厚度为116329121m ,平均9165m 。煤层夹矸6-11层,层厚一般012013m ,最大016m ,平均总厚2m ;夹矸岩性多为中硬以下的砂质、高岭质、炭质泥岩。35号煤层直接顶主要是高岭质泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩、局部为煌斑岩互层,局部直接位于煤层之上;老顶为厚层状中硬以上的中、粗粒石英砂岩、砂砾岩及砾岩,厚度20m 左右;底板多为中软的砂质、高岭质、

4、炭质泥岩、泥岩及高岭岩,少量粉、细砂岩。5结语大采高综采工作面是矿井实现高产高效的基础,而大采高的技术装备是高产高效矿井的有利保障。煤炭企业应依托先进的技术装备优势,进一步提高矿井生产的集约化程度;采用高新技术改造传统产业,靠引进新技术、新设备、新工艺大幅度提高装备水墙和生产能力,来实现煤矿企业质的飞跃,赶超世界先进水平。在我国能源结构进行调整的今天,结合煤炭的长远规划工作,优先选择资源条件和生产技术条件适宜的矿区和矿井作为开发的重点是非常必要的。在这个问题上应解放思想,打破地域限制,为条件优越的矿区或矿井配套建设运输线路和相关的产业链,达到改变煤炭工业面貌和煤炭工业布局的长远目标,在我国出现

5、第二个、第三个神东矿区,迎接煤炭工业新曙光!(责任编辑章新敏41设计技术煤炭工程2004年第1期28号煤层:与3-5号煤层间距平均35m左右,煤层厚度0160-14159m,平均厚度6112m,煤层结构较简单,一般由13个分层组成,夹矸为砂质泥岩或高岭质泥岩,煤层含矸率平均5171%。直接顶多为单层结构,岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩;复合层结构的直接顶为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩双层结构。厚度为3159m16189m,属中等坚硬的岩石。老顶为稳定的中、粗粒石英砂岩,局部为砾岩,坚硬,属厚巨厚层状。煤层瓦斯含量低,发火期6-12个月,地质构造简单,煤层倾角多在5°以内。2厚及特厚煤层几种采

6、煤方法的评价根据上述煤层赋存条件与顶底板状况,适用其开采的采煤方法有:2.1大采高一次采全厚综采采煤方法大采高综采采煤方法是国内外高产工作面采用的主要方法,此种采煤方法采用支撑掩护式或掩护式液压支架及时支撑顶板和现在所使用的中厚煤层采煤方法基本相似。在近水平、中等硬度、顶板稳定、瓦斯含量较小、采高410m左右的条件下,使用国产大采高设备已取得了较好的效果,例如同煤集团四老沟矿厚煤层一次采全高工作面开采试验, 2002年半年多时间产量突破200万t;而引进国外成套大采高综采设备的综采面有的已突破800万t/ a,全员效率大幅度提高,吨煤成本降低,极大地提高了市场的竞争能力。对于坚硬顶板采用顶板注

7、水和深孔爆破相结合的处理方法,其工艺过程还较简单。2.2倾斜分层铺网下行垮落开采分层铺网采煤工艺过去是我国开采厚及特厚煤层的主要采煤方法之一,在矿井中普遍采用积累了较丰富的经验。此种采煤方法是将厚煤层沿倾斜方向划分为若干个中厚煤层进行开采,在近水平煤层中各分层巷道布置基本与现在采用的巷道布置相同,主要有倾斜和垂直两种布置方式。倾斜式布置,区段煤柱呈正梯形,煤柱损失较大,且分层层数越多 ,煤柱越大,工作面长度越小;垂直式布置虽克服了上述缺点,但因靠煤柱处顶板冒落不实,下分层掘进与开采时假顶难以维护。各分层开采由上向下逐层回采,第一分层开采时,需铺设金属网作为下面各分层开采时的假顶。其它分层开采时

8、因顶板为开采后的冒落顶板,采空区顶板不必再进行人工处理而随采随冒。由于松散矸石的垫衬,工作面来压将不会明显,可选用支撑力较低的支架进行支护。下分层顺槽掘进在假顶下进行,应采用架棚方式进行支护。2.3倾斜分层上行充填采煤法这种采煤方法也是将煤层沿倾斜分成几个分层进行回采,只是开采顺序是自下而上。采底分层时,回采工艺与现在的中厚煤层开采一样,但采空区全部用砂子或其它材料进行充填,以此减少围岩变形并防止了顶煤冒落。开采时,顶板活动不明显,基本无周期来压和初次来压现象。下分层采过后,上分层就以充填物作为底板进行回采,顶板继续用充填材料进行充填支护。这种方法增加了充填工作,投入也较大。2.4综采放顶煤开

9、采方法综采放顶煤开采技术使厚及特厚煤层采煤工艺有了新的突破,此种采煤方法具有适应性强、掘进率低、生产集中、产量大、效率高、成本低等优点,是一项厚煤层开采行之有效的采煤技术。图1分层平巷的布置方式1997年度我国有76个综采等级队中,22个采用放顶煤综采,而年产超200万t的又是综放工作面最多;1998年在煤层与顶板条件得天独厚的兖煤集团已开始出现年产超500万t的综放工作面, 2002年兖煤集团兴隆庄矿综放工作面年产量已突破600万t。特厚煤层放顶煤开采一般可分为两种不同类型预采顶分层放顶煤开采;此开采方法和回采工艺方式如图2所示。首先沿顶板在煤层中布置一个普通长壁工作面,而后沿底板布置一个放

10、顶煤工作面进行回采,将底分层上部的顶煤放出。为提高放煤效果,对大同较硬煤层,可用深孔爆破预先对顶煤进行松动,也可用即时爆破的方法处理。512004年第1期煤炭工程设计技术 图2 预采顶分层放顶煤开采图3一次采全高放顶煤开采一次采全高放顶煤开采方法:此种采煤方法是直接沿底板布置放顶煤工作面,如图3所示。工艺过程同底分层放顶煤工艺一样,只是要对顶板进行及时处理,以防顶板的大面积来压等不安全现象发生。由于煤的垫衬作用,正常开采时支架受的压力将不会太大,顶煤受挤压作用较易放出,但由于顶煤厚度较大,处理顶板较困难,需对顶板及顶煤进行预注水等措施,此种方法比预采顶分层放顶煤开采效果更佳。2.5几种采煤方法

11、的评价1大采高一次采全高综采工艺简单,由于采用重型化、强力化、自动化和机电一体化的设备,使工作面单产和工效得到大幅度提高。与分层开采相比,掘进率低,减少了巷道掘进维护费用,节省了金属网等材料费用,有利于防止自然发火。易于集中生产,产量大,减少了采掘队组和设备占用费,利用缓和采掘接替紧张的矛盾。在目前情况下,厚度在315510m 且煤层厚度分布不均,变化较大时应优先采用此种采煤方法。2倾斜分层下行垮落采煤方法与一次采全高及放顶煤开采相比较掘进量大,增加了掘进费用,工艺较复杂。特别是网下开采,顶板破碎,上下出口处难以维护,产量小,效率低。煤炭回收率较低,煤炭容易自然发火。一般情况下,尽量不采用这种

12、采煤方法。3放顶煤开采方法虽增加了放顶煤工艺,但工作面产量大,效率高。与倾斜分层下行垮落法相比,掘进率低,掘进费用和巷道维护费用大大降低,工作面顶板维护容易。但煤炭回收率低,含矸率高。预采顶分层放顶煤开采比一次采全高放顶煤开采增加了顶分层的开采,掘进费、材料费用高,但顶板处理方法较简单,防止了煤矸混运,减少了含矸率,提高煤质,并且起到了预先释放瓦斯的作用。而一次采全高放顶煤开采,顶煤容易放出,顶煤块度小,效果更好,但受顶板限制,应大力进行这方面的研究与试验,主要是顶板处理、瓦斯积聚及自然发火的防范。4倾斜分层上行充填采煤方法工艺较复杂,费用较高,掘进率高,产量小,效率低。但此种方法对地表影响小,地点下沉量小,裂缝少,在对地表保护有特殊要求的情况下较适用。3大同煤田石炭系厚及特厚煤层采煤方法的选择根据上述几种采煤方法的评价,目前适宜大同煤田石炭系厚及特厚煤层的采煤方法有放顶煤综采和大采高一次采全高综采及倾斜分层下行垮落采煤方法。在现有技术装备情况下,煤层厚度在315610m 时应优先采用大采高一次采全厚综采采煤方法,使用国产设