淺談大柳塔煤礦“降本增效”技術實踐

喬大良

(神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

煤礦企業經過近多年的快速發展，在“綠色環保”理念的推動下，取得了由粗放型到集約型方式的轉變。大柳塔煤礦經過數代人不斷努力，在發展過程中，重視解決環境與生產之間、安全與生產之間、生產與消費之間的多重矛盾，牢固樹立“綠色環保、節能減排”的發展理念，提高礦井核心競爭力，積極探索，努力發現采煤新工藝、新技術，不斷降低生產運營成本，持續推動煤礦企業節能減排的長足發展。大柳塔礦井2-2煤水庫的利用，解決了5-2煤工作面水利用問題，取得了采空區廢水到有用水之間的轉換；井下矸石排放置換技術解決了井下矸石的排放問題，降低了運輸成本，提高了工作效率；順槽護巷煤柱部分回收技術及旺格維利采煤法的利用極大地提高了煤炭的回收率，減少了煤炭的浪費，降低了井下工作面采空區煤炭自燃可能性，提高了安全指數，推動了大柳塔煤礦安全、高效、綠色發展。

1 礦井的基本情況

大柳塔煤礦位于毛烏素沙地邊緣烏蘭木倫河兩岸，地處神木縣西北約62.5 km的大柳塔鎮和中雞鎮交界處，井田面積189.9 km2，地質儲量23.2億t，可采儲量15.3億t。1987年10月建礦至今，一礦兩井的產量每年均達到3 300萬t，是一座特大型現代化高產高效礦井。該煤礦地表為流動性沙子及半固定沙覆蓋，厚度達20～50 m，井田內地水不發育，植被稀少，主要含煤層延安組分布廣泛，地質構造簡單，斷層發育少，賦存穩定，瓦斯含量低，瓦斯濃度0%～0.1%，屬于低瓦斯礦井，近水平煤層，煤層傾角為1°～4°，煤層平均厚度在4～6 m，可采煤層為7層，主要煤層有5層(分別為1-2、5-2、4-2、2-2、1-2煤層)，煤層淺，1-2煤層距地面70 m左右，1-2煤層與5-2煤層之間的距離大約170 m左右。煤質具有低灰、低硫、低磷和中高發熱量的特點，屬于高揮發的長焰煤和不粘結煤，是優質的動力煤化工和冶金用煤。大柳塔煤礦和活雞兔煤礦都采用聯合開拓的方式開采，采煤方法為一次采全高的綜合機械化采煤法，全部垮落法管理頂板；主運系統為膠帶運輸機斜井提升方式，大柳塔井采用抽出式、活雞兔井采用壓入式的通風方法。

2 節能減排方法與技術

2.1 建立2-2煤分布式水庫

大柳塔煤礦第1個采空區儲水設施于1998年建成，通過持續技術創新，提出了煤礦分布式地下水庫的技術原理，攻克了一系列技術難題，創建了涵蓋設計、建設和運行的煤礦分布式地下水庫技術體系；在采空區儲水技術的基礎上，于2010年建成了充分利用采空區空間儲水、采空區矸石對水體的過濾凈化、自然壓差輸水的“節能型、循環型、環保型、效益型”的煤礦分布式地下水庫，具有井下供水、井下排水、礦井水處理、水災防治、環境保護和節能減排6大功能和優勢。大柳塔煤礦分布式地下水庫儲水約710.49萬m3，實現了礦井水不外排，有效保護了地下水資源。

因井下生產用水全部取自井下水庫，不需地面供應清水，如圖1所示，根據井下生產用水量統計，每年用清水量280萬m3，節省費用4 200萬元；井下生產污水實現了零升井，就不存在井下污水升井處理的費用，目前大柳塔井井下生產污水正常產生量為400 m3/h左右，每年因污水零升井就可以節約633.7萬元；大柳塔井井下涌水量每年約350萬方左右，井下水復用后，可節省排水電費約88萬元；每年可節省泵房、管路維護人工費用約582.3萬元；可節省管路維修、折舊費用496萬元，每年可節約共計6 000萬元，極大的降低了生產成本，實現了礦井內部水的重復循環利用。

圖1 分布式水庫地下工程實物圖

2.2 井下矸石排放置換技術

多年來大柳塔煤礦利用神東礦區成熟的房柱式采煤工藝，將多個工作面回撤輔巷、順槽與輔助運輸大巷之間進行三角煤柱開采，或者在工作面順槽掘進時設計同時掘進2個回風順槽，既方便了后期工作面的安裝，又可進行封閉后作為排矸巷使用。基于以上兩種掘進設計提出了井下煤柱開采與井下矸石排放置換相結合，利用掘進后的排矸巷排放井下矸石。應用井下煤矸置換技術具有以下優點：運輸距離短，井下車輛利用率低；減少燃料消耗，提高井下空氣質量；減少運順環節，降低運輸成本；節約地面排矸用地，減少對環境的污染。每年大柳塔煤礦節約排矸費用和運輸費用800萬元。

2.3 優化巷道支護設計，降低支護費用

大柳塔煤礦是我國為數不多的“一礦兩井”類型煤礦，分為大柳塔井和活雞兔井。大柳塔井地質條件簡單，煤層巖性穩定，一定時期內，巷道頂底板變形微小。傳統的支護方法一般單從安全角度考慮未結合煤層地質條件盲目加大了巷道頂幫的支護，造成部分支護過的錨桿或者錨索未起到支護作用，浪費了支護材料，也降低了巷道掘進速度。大柳塔煤礦技術人員結合煤礦地質條件，大膽的優化了支護設計，擴大錨桿或者錨索的間排距，在保證安全前提下提高了區隊掘進效率，優化了支護參數、減少了支護材料，節約了成本。以52602、52601回撤通道、回撤輔巷及聯巷兩幫支護變更為例來詳細說明。52602、52601回撤通道原設計每排6根幫錨桿，變更為三花支護，即一排按照第1、3、5根錨桿，下一排支護第2、4、6根錨桿，依次類推，如圖2所示；52602、52601回撤輔巷及聯巷原設計每排4根幫錨桿，變更為三花支護，即一排按照支護1、3根錨桿，下一排支護第2、4根錨桿，依次類推，如圖3所示；若掘進過程中，頂幫破碎嚴重，條件差的地方或出現斷層、裂隙等地質構造時，在原設計基礎上，按照現場條件補強支護。從以上敘述可以看出，掘進過程中，支護量基本減少了1/3，并且未降低對安全的重視，依據以上技術變更，大柳塔井連掘三隊每月節省約500萬元材料費，同時每月進尺平均增加200 m左右，極大的提高了掘進效率，降低了工人們的勞動強度。

圖3 回撤輔巷及聯巷支護變更平面圖

圖2 回撤通道支護變更平面圖

3 提高煤炭回采率技術

3.1 順槽護巷煤柱部分回收技術

使用原有的開采方式和設備布置方式，在采煤過程中，由于順槽煤柱支撐巷道頂板，不能隨意開采，隨著采面的推進，支撐煤柱就進入了采空區，造成了20 m煤柱的浪費，降低了工作面的回采率。針對以上問題，大柳塔煤礦在掘進期間就進行了巷道的優化，將采面切眼延長至刮板機機尾順槽煤柱內15 m左右，同時加強對剩余5 m煤柱的支護。依照以上采煤方法，實現了對尾巷順15 m左右槽煤柱的回采，節約了煤炭，提高了回采率，延長了礦井的服務年限。

3.2 “刀把子”布置工作面切眼與旺格維利采煤法相結合回采工藝

大柳塔礦在布置工作面時根據斷層及其它地質條件嚴密規劃，為了回收靠近斷層的煤柱，一般布置成“刀把子”工作面，大大減少了井下煤資源的浪費。如52601工作面是大柳塔煤礦5-2煤六盤區首采面，位于保安煤柱與F31斷層之間，如圖4所示。為了盡可能的回采斷層與切眼之間的三角煤，優化了掘進設計，利用“刀把子”方式布置工作面切眼，又利用旺格維利采煤法回采切眼后方煤柱，提高回采率，減少了煤炭的浪費。

圖4 52601工作面新掘進工藝布置平面圖

3.3 依據煤層實際情況選擇合理的采煤方法

選擇合理的采煤方法對工作面的安全高效生產、經濟效益的提高、回采率的提高都有重要的意義。大柳塔煤礦依據活雞兔井及大柳塔井不同煤層厚度、傾角、瓦斯含量等內部因素及員工的整體素質、區隊的管理水平及設備機械化程度的高低等外部因素選擇了合理的采煤方法，如活雞兔井1-2煤復合區煤層采用綜放采煤法提高了回采率，降低了回采過程中危險系數；大柳塔井5-2煤五盤區7 m大采高工作面采用走向長壁后退式一次采全高綜合機械化采煤法，即簡化了回采的程序，又確保了高效、安全的生產。

4 結語

煤炭是我國主要的能源之一，在經濟發展和人們生活需要等方面起著不可代替的作用，由于中國煤炭企業一直以來是粗放型的經濟發展方式，每年導致煤炭消耗與浪費是非常巨大的。所以，探究煤炭節能減排現狀，尋找新的采煤工藝和方法，走可持續發展的能源之路顯得尤為重要。大柳塔煤礦積極響應國家號召，倡導“綠色、環保、節能”理念，在煤炭的開采中，降低了生產成本，提高了大柳塔煤礦企業自身生產效率和經濟效益，同時，也為其他煤炭企業的發展樹立了標桿。