淺議對新世紀煤礦采煤工藝的選擇

摘要：任何一種采煤工藝的應用都有其適用條件，適宜的采煤工藝是建設高產高效礦井的關鍵。本文根據新世紀煤礦煤層埋藏的地質概況，提出相應的安全、經濟、回采率高的采煤工藝，以便和同行探討。

關鍵詞：采煤工藝 冒放性 綜采

0 引言

適宜的采煤方法是建設高產高效礦井的關鍵，任何一種采煤方法的應用都有其適用條件，離開了適用條件，其優點可能就不復存在。影響采煤方法的因素很多，概括起來主要有地質構造、煤層埋深、煤層賦存狀況、煤層厚度及硬度、煤層結構、頂底板條件、煤質條件及礦井生產能力等。本文根據新世紀煤礦煤層埋藏的地質概況，提出相應的安全、經濟、回采率高的采煤工藝。

1 地質概況

新疆新世紀礦業有限責任公司新世紀煤礦位于阜康市三工河鄉大平灘，離阜康市20km，距烏魯木齊市80km。本礦井地層為南傾的單斜構造，近東西走向，煤層傾角37～47°，含煤地層在走向上和傾向上變化不大，井田內未發現斷層，構造簡單。礦井煤炭資源較豐富，有可采及局部可采煤層8層，煤層傾角37～47°。井田內各煤層頂底板均為不穩定頂底板。參考礦井瓦斯涌出資料，礦井屬于高瓦斯礦井。各煤層煤塵均有爆炸性，各煤層屬不易自燃—很易自燃的煤。

2 采煤工藝的選擇

2.1 采煤工藝的選擇原則

根據井田內煤層的賦存條件和開采技術條件，結合國內急傾斜煤層采煤技術的發展現狀，在選擇采煤工藝時主要考慮了以下原則：①與煤層條件相適應，有利于提高工作面單產，實現礦井生產的集中化，以達到礦井高產高效的目的。②依靠科技進步，采用新技術、新工藝、新設備，大力提高采煤機械化水平，降低工人勞動強度。③簡化采煤工藝，減少運輸環節，降低巷道掘進率，采區巷道盡可能全煤巷布置。盡量減少煤層之間的聯絡巷道，降低矸石掘進量。④保證礦井安全生產，有效地防止煤層自然發火和其它災害，為工人創造較舒適的井下工作條件。⑤提高資源回收率，減少資源損失。

2.2 采煤工藝的選擇

綜采放頂煤采煤工藝與傾斜分層綜采采煤工藝相比，具有下列優點：①對于煤層厚度變化大以及過小斷層有較強的適應性。②生產集中化程度高，所需占用的設備數量較分層開采成倍減少，設備成本及維修費用顯著降低。③由于放頂煤開采工作面的一次開采厚度大，從而大大減少了工作面設備安裝、拆卸與搬家的次數，縮短了工作面的非生產時間，工人的作業環境條件相對穩定，有利于安全生產和穩產高產。④綜采放頂煤開采，回采巷道掘進量小，掘進費用低，緩和了采掘接續關系。⑤回采工藝簡單，材料消耗量省，減少了分層開采鋪設金屬網工序。頂煤靠自重壓力破落，節省了電耗。⑥避免了多次采動煤層形成裂隙而漏風，對防止煤層自燃極為有利。

綜采放頂煤采煤工藝與傾斜分層綜采采煤工藝相比有下列缺點：①工作面回采率稍低，一般只有80%～85%。②頂板矸石容易混入煤中，增加了煤的含矸率，影響了煤的質量。③該井田地層傾角較大，放頂煤采煤時支架穩定性較傾斜分層綜采采煤工藝差。

根據礦井設計生產能力和煤層開采技術條件，為降低生產成本，減輕工人勞動強度，提高工作面勞動生產率，設計經綜合考慮各方面因素后，對平均厚度在10m以上的煤層采用走向短壁綜合機械化水平分段放頂煤采煤法，對平均厚度在4～10m的煤層采用走向長壁綜合機械化傾斜放頂煤采煤法。

沿煤層走向布置工作面運輸順槽和回風順槽至采區西部開采邊界，沿傾斜方向布置采煤工作面開切眼。根據國內大傾角綜合機械化采煤工藝經驗，1個綜采工作面的生產能力約0.6Mt/a左右，為達到礦井設計生產能力，投產時設計布置2個綜采工作面。

3 煤層可冒放性分析

由于放頂煤采煤法主要是利用礦山壓力破煤，因而對煤層的可放性及賦存條件有一定的要求。根據多年來我國綜采放頂煤采煤工藝經驗的積累，影響頂煤冒放性的自然因素主要有開采深度、煤層厚度、煤層結構、煤體節理裂隙發育程度、頂板條件、煤巖層交界面地質結構程度等。對可采用綜采放頂煤的43-2、45-1、45-2煤層冒放性作如下分析。

3.1 開采深度的影響

頂煤冒放性隨著開采深度的增大而加強。一般情況下，當開采深度小于100m時，頂煤冒放性差。開采深度大于400m時，頂煤易于冒落。+450m水平以上煤層埋深230～410m，平均320m；+450m水平以下煤層埋深410～660m，平均535m。從煤層賦存深度看，一采區煤層埋藏均較淺，二采區煤層埋藏較深，故從賦存深度看，預計一采區煤層可放性較二采區差，但均處于可冒放范圍。

3.2 煤層厚度和煤的硬度影響

根據國內外綜采放頂煤的實踐經驗，一般認為一次采出的煤層厚度以5～12m為宜。頂煤厚度太小，易發生超前冒頂，含矸率增大；頂煤厚度過大，破壞不充分，采出率降低。綜采放頂煤開采的最大臨界煤層厚度（或分層厚度）為12.5～15m。從煤層厚度看，43-2煤層一次采出煤層厚度5.5m，45-1煤層一次采出煤層厚度7.46m，45-2煤層水平分段放頂煤，分段高度12m，均適合采用放頂煤開采。一般情況下，當煤的強度值大于20MPa時，頂煤的破壞程度降低，冒放性不好。煤層易碎、內生裂隙發育，天然抗壓強度2.88～9.44MPa，飽和抗壓強度1.21～4.49MPa，干燥抗壓強度3.06～14.5MPa，抗拉強度0.09～0.14Mpa。從煤的硬度分析，頂煤冒放性好。

3.3 煤層結構

一般認為，煤層中夾矸（單層）厚度不宜超過0.30m，總厚度不宜超過0.8m，其硬度f系數也不應大于3，頂煤中夾矸層厚度占煤層厚度的比例也不宜超過10%～15%。43-2號煤層含夾矸1～2層，結構簡單，煤層穩定；45-1號煤層含夾矸1～2層，結構簡單，煤層穩定；45-2號煤層含夾矸1層，結構簡單，煤層穩定。

3.4 煤體節理裂隙發育程度的影響

頂煤節理裂隙發育程度直接影響到頂煤的冒放性，裂隙發育的煤層、頂煤在支承壓力的作用下易于破碎，節理越發育，頂煤的冒放性就越好，就越易于放出。煤層呈條帶狀或均一狀結構，塊狀構造。地質報告提供資料煤層易碎、內生裂隙發育。從煤體節理裂隙發育程度看，確定各煤層可放性較好。

3.5 頂板條件

影響煤層冒放性的煤層頂板包含直接頂和基本頂兩部分，直接頂對頂煤壓裂無直接影響，但直接頂能夠隨采隨冒并具有一定的厚度是綜采放頂煤開采頂煤破碎冒落后順利放出的基本條件，否則不利于頂煤回收。

井田內主要含煤地層為侏羅系中統西山窯組，巖性較復雜，巖體為層狀結構，層理面較發育，局部有節理、裂隙；含煤巖系煤層頂底板，巖性為粉砂巖、泥質粉砂巖、粗砂巖，其飽和狀態下的抗壓強度在13.2～27.5MPa之間，為軟弱巖石。各煤層頂板具有易于冒落的特點，同時不會產生大的周期來壓，有利于頂煤和頂板的冒落和采空區的充填。

綜合以上5個特征，認為在自然條件下，頂煤冒放性較好，具有可冒放性。既有利于放煤，又有利于架前控頂，充分證明了放頂煤綜采工藝在本礦井能夠推廣采用的可行性。

參考文獻：

[1]陳炎光，徐永圻.中國采煤方法[M].徐州:中國礦業大學出版社，1991.

[2]華斌.塔山礦井采煤方法的選擇[J].煤炭工程，2005(5).

[3]齊俊德.采煤方法的合理選擇及實踐[J].礦冶，2007(03).