煤礦采煤方法及采煤工藝改造中的關鍵環節分析

舒小強

摘要：采煤工藝應用的科學性直接決定了煤礦開采效率與安全，對于采煤方法及采煤工藝改造是當前煤礦行業建設發展的重要方向。文章以重慶地區高升煤礦為例，探討了采煤工藝改造工作中的關鍵環節，旨在提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：煤礦開采；采煤方法；采煤工藝；礦井開拓；機械化改造；工藝升級改造 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD82 文章編號：1009-2374（2017）02-0143-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.069

1 礦井概況

高升煤礦位于重慶市開縣縣城西北部高橋鎮山青村，生產規模6萬噸/年，開采三疊系上統須家河組五段（T3 xj5）K2煤層和侏羅系下統珍珠沖組（J1z）底部K3、K6、K7煤層，開采標高為+850～+350m，井田范圍由8個拐點圈定，井田面積2.6592km2。該礦為瓦斯礦井，現生產規模較小，采煤、掘進生產工藝落后，回采工作面煤炭、掘進工作面矸石均采用人工裝運，工人勞動強度大，安全生產保障能力不足，礦井抗風險能力不足，不利于礦井發展，與國家對煤炭產業的要求不相符，為保證礦井的持續、安全發展，企業擬對礦井進行機械化改造，以提高礦井機械化裝備水平、提升礦井生產能力和增強礦井抗風險能力，本次機械化改造方案設計生產規模為15萬t/a，機械化改造后，布置一個采區，兩個采煤工作面，達到15萬t/a生產能力。

2 礦井開拓開采現狀

2.1 礦井現有開拓方式

2.1.1 井筒：采用斜井開拓，礦井現有主斜井、副平硐、回風平硐，全礦井共計三個井筒，現正常投入使用。

2.1.2 水平設置：礦井設置為兩個水平，即：

+500m、+350m水平，其中+500m水平為現開采水平，+350m水平為接替水平。

2.1.3 大巷布置：分別在各水平標高沿K2煤層底板布置運輸大巷。

2.2 主要井巷布置

2.2.1 主斜井：為現有主斜井，位于井田中部，頂板偽斜穿層布置，井口坐標X=3468914，Y=36519043，Z=+650m，α=42°，β=21°，井筒斜長418m，半圓拱形，凈寬3.4m，凈高2.8m，凈斷面8.3m2，錨噴支護，裝備22kg/m雙軌，利用此斜井仍作為主斜井，片石砂漿砌筑水溝，水溝尺寸為高×寬=200mm×200mm，該井筒用作礦井進風、運輸，服務于全礦井。

2.2.2 大巷布置。

+500m水平集中運輸巷：已有，位于K2煤層底板水平距離為15m巖層中，從+500m主石門以東長度1650m，本次設計利用。

+350m水平二級軌道暗斜井和行人暗斜井已落平于+350m標高K2煤層底板50m的砂巖中，因此本次設計位于K2煤層底板30m處布置+350m水平集中運輸巷。

+650mK2煤層回風大巷：現已形成，沿K2煤層走向布置，半圓拱斷面，凈寬2.4m，墻高1.2m，拱高1.2m，凈斷面5.14m2，錨噴支護，片石砂漿砌筑水溝，水溝尺寸為高×寬=300mm×300mm，服務于一二采區總回風、安全出口等。

2.2.3 硐室。

+500m水平水房硐室：已有，布置在+500m標高K7底板巖層中，硐室長度50m，半圓拱斷面，凈寬4.0m，墻高1.0m，拱高2.0m，凈斷面10.24m2，錨噴支護，滅火器等。

+500m水平中央變配電所：已有，布置在+500m運輸大巷的頂板巖層中，硐室長度60m，半圓拱斷面，凈寬4.0m，墻高1.2m，拱高2.0m，凈斷面10.24m2，錨噴支護，裝備砂箱、滅火器等。

+500m水平永久避難硐室：已有，布置在+500m運輸大巷的頂板巖層中，硐室長度40m，半圓拱斷面，凈寬4.0m，墻高1.2m，拱高2.0m，凈斷面10.24m2，錨噴支護等。

2.3 礦井現開采水平及采掘工藝

2.3.1 開采水平：礦井現+500～+650m，上山開采。

2.3.2 采煤方法及工藝：該礦井現采用走向長壁采煤法，工作面采用木支柱支護，工作面采用手鎬落煤、工作面運輸巷采用人力運輸。

2.3.3 掘進工藝：采用炮掘、人工裝渣、人力運輸。

2.3.4 采掘工作面數量：礦井現布置兩個采煤工作面、三個掘進工作面。

3 煤礦采煤方法及采煤工藝改造中的關鍵環節

3.1 采煤方法及采煤工藝機械化改造需求

礦井在+500m水平一采區布置兩個采煤工作面，工作面采用手鎬落煤、自溜運輸、木支柱支護、工作面運輸巷采用人力推車運輸，采煤方法為走向長壁采煤法。采煤工作面采用手鎬落煤，工人勞動強度大、用工多、勞動生產效率低。工作面運輸巷采用人力運輸，工人勞動強度大、勞動生產效率低、運輸成本高、安全可靠性較差。因該礦井的煤炭硬度較大，通過以往的實踐證明，采煤機割煤不適用，塊煤率低，常將矸石割入煤中，造成煤質較差，給銷售帶來困難。

3.2 采煤方法及采煤工藝升級改造的可行性分析

煤層賦厚條件：K2煤層厚0～0.77m，平均厚0.62m，K3煤層厚0～0.44m，平均厚0.30m，K6煤層厚0～0.58m，一般厚0.37m，K7煤層厚0～0.80m，一般厚0.50m，傾角32°～36°，礦井開采煤層屬于近距離傾斜極薄煤層群開采，從煤層的賦存條件分析，采用滾筒式采煤機開采有一定的難度。

煤層頂底板條件：K2煤層頂板為深灰色泥巖或粉砂質泥巖，一般厚1.2m，直接為須家河組六段砂巖，巖層堅硬，厚度大，煤層底板為泥巖或粉砂質泥巖，屬較穩定頂板。

K3煤層偽頂為灰黑色、黑色泥巖，厚0.10～0.25m，直接頂為砂質泥巖、泥砂巖，厚6.0m，裂隙不發育，完整性好，采動后一般為緩慢下沉，頂板易于管理，直接底板為灰黑色泥質粉砂巖，老底為細砂巖或粉砂巖，無地鼓現象，易于管理。

K6煤層頂板巖性為泥巖、粉砂質泥巖或細砂巖，底板為粉砂質泥巖或泥巖。節理裂隙中等發育，開采僅局部易垮落，屬較穩定頂板。

K7煤層頂板為泥巖或細砂巖，底板為粉砂質泥巖或泥巖。節理裂隙中等發育，開采僅局部易垮落，屬較穩定頂板。

從各煤層頂底板巖性和穩定性進行分析，比較適宜采用機械化開采。

礦井屬于瓦斯礦井，K2煤層自燃傾向性為不易自燃，K3煤層自燃傾向性為不易自燃，K6煤層自燃傾向性為不易自燃，K7煤層自燃傾向性為自燃，K2、K3、K6、K7煤層檢驗報告，各煤層均有煤塵爆炸危險性，礦井水文地質類型為簡單，從礦井技術條件分析為簡單，為采煤工作面工藝改造創造有利條件。

3.3 采煤方法及采煤工藝升級改造方案設計

3.3.1 采煤工藝改造方案。落煤方式：由于該礦井煤炭硬度較大，通過鄰近類似礦井實踐證明，采用滾筒式采煤機落煤不適用，同時常將矸石割入煤中，造成煤質較差；為了提高原煤塊煤率，減少勞動力，提升生產能力，降低生產成本，提高安全保障，本次機械化改造設計采用薄煤層爬底板采煤機進行開采。

第一，采煤工藝。采煤工作面采用俯偽斜走向長壁式采煤方法，工作面自東向西推進，全部垮落法控制頂板的機械開采。

第二，工藝順序。滾筒采煤機割煤→刮板輸送機運煤→液壓支柱支護頂板→推移刮板輸送機→打密集回柱，在頂板破碎時，先支護再移柱然后推移刮板輸送機。

第三，落煤方式。采用單滾筒爬地式MG100-TP型采煤機落煤，滾筒直徑為800mm，采高0.8m，截深750mm。

第四，裝煤、運煤方式。采煤機螺旋滾筒配合刮板輸送機，由刮板輸送機運出；運輸巷采用刮板輸送機、帶式輸送機運煤。

第五，工作面支護。單體液壓支柱配合木頂梁（規格：600mm×100mm×100mm），齊梁齊柱形式，一梁一柱中定位300mm/300mm進行支護頂板，正常生產時采用“四·五”排管理。

3.3.2 工作面采煤、裝煤、運煤方式及設備選型。采煤工作面截煤機選擇：根據礦井開采技術條件進行綜合分析，設計選擇MG100-TP型采煤機，設備由牽引部、電動部、截裝部以及導向、防塵、底托板等附件組合而成。采用側面固定單滾筒，錨鏈牽引，沿煤層傾斜爬底板穿梭割煤，煤沿螺旋滾筒輸入裝煤部，裝煤部轉入工作面運輸機。電動機為兩端偏心出軸，分別傳動牽引部和截裝部。

該機采用“三股道”的采煤工作方式，全機身爬在底板上，對運輸、支護等配套設備的要求不高。煤機構由螺旋滾筒從煤壁上切割下的煤，通過裝煤機構轉載到工作面輸送機上，裝煤效果良好。電動機功率大，機身強度好，能割較硬的和帶有薄層夾矸的煤層。機身短、機身的厚度是國內生產的同功率采煤機中最薄的，采高最低的。

該設備的應用能夠有效減輕工人勞動強度，提高勞動生產率；與炮采工藝相比改善了煤礦工人的勞動安全生產條件，確保采煤工作面正常循環作業，增加塊煤率，提高了企業的經濟效益，為薄煤層機械化開采提供了一種經濟適用的裝備。

回采工作面運輸設備選擇：采煤工作面運輸巷選用的輸送機及主要技術特征，詳見表2：

3.3.3 工作面頂板管理方式及支柱設備選型。根據煤層賦存情況、頂底板巖性、礦井服務年限以及工作面采煤工藝，結合已裝備的支護設備，設計采用單體液壓支柱支護頂板，全部垮落法管理頂板。

3.3.4 采煤工作面支柱及其他設備選擇。

支柱選擇：利用DW06-25/80外注式單體液壓支柱，支撐高度630～450m，伸縮行程180m，工作阻力250kN，額定工作液壓50MPa。支柱排距為0.8m，支護密度0.287根/m2。

乳化液壓泵站選擇：根據所選單體液壓支柱要求的液壓泵站的壓力，每個工作面設計利用BRW40/20乳化液泵各二臺（一用一備），公稱壓力為20MPa，公稱流量為40L/min，電機功率為15kW，與之配套的液箱為XRXTA。

其他設備的選擇：注液槍選用DZ-Q1型注液槍，額定工作壓力為31.5MPa；回柱器選用HH2-2型回柱器，拉拔力為20kN，拉拔距離為2m；煤電鉆選用ZSM-1.5A電煤鉆。

3.3.5 工作面回采方向與超前關系。采用走向長壁采煤法，由運輸巷和回風巷組成回采工作面，回采方式為工作面后退式，工作面運輸巷留設煤柱（10m）。

4 結語

綜上所述，本文以重慶地區高升煤礦為例，從采煤方法及采煤工藝機械化改造需求、可行性以及方案設計三個層面，詳細論述了煤礦采煤方法及采煤工藝改造中關鍵環節控制策略，具有一定借鑒價值與參考意義。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）