杭來灣煤礦302盤區(qū)厚煤層采煤方法選擇研究

馮 超

(陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

采煤方法的選擇受煤層厚度和傾角、圍巖特性、煤層埋深、頂板管理方法、煤炭產(chǎn)量、采煤成本和勞動效率等諸多因素影響[1-3]。科學合理的采煤方法直接關系煤炭資源的回收和企業(yè)的安全、穩(wěn)定高效發(fā)展，是礦井開采設計中的重點內容[4-6]。根據(jù)周邊煤礦調查情況，綜采放頂煤開采和一次采全高綜采在神東礦區(qū)取得了良好的效果，礦井實現(xiàn)了高產(chǎn)高效發(fā)展[7-10]，在全國逐漸推廣應用，并取得了顯著的成效。本文在分析杭來灣煤礦302盤區(qū)地質條件、煤層變化特征、資源回收率、生產(chǎn)效率等開采因素的基礎上，對比和分析了分層大采高綜合機械化開采、綜合機械化放頂煤開采和一次采全高大采高綜合機械化開采的可行性和優(yōu)缺點[11-12]，確定了科學合理、安全高效的采煤方法，為礦井302盤區(qū)的開采提供了技術保障。

1 礦井概況

杭來灣井田位于榆林市榆陽區(qū)金雞灘鎮(zhèn)，井田面積90.364 km2，全井田3號煤共劃分為4個盤區(qū)，302盤區(qū)為301盤區(qū)的接續(xù)盤區(qū)，位于井田西北部，北、西以井田邊界為界，南部以303盤區(qū)邊界為界，東部以3號煤中央大巷煤柱為界。盤區(qū)東北至西南長約5.6 km，西北至東南寬約4.5 km，面積約25.1 km2。302盤區(qū)僅含3號煤層，3號煤層厚度6.34～8.14 m，平均7.46 m。煤層底板標高在+1 000～+1 047 m之間。煤層由東南向西北緩傾。局部含1～2層0.05～0.46 m的泥巖、碳質泥巖夾矸。直接頂板以泥巖、泥質粉砂巖和粉砂巖為主，含少量細粒-粗粒長石砂巖。直接底板以粉砂巖、泥巖為主，少量細-粗砂巖、碳質泥巖。3號煤煤層傾角小于0.5°，厚度變化穩(wěn)定，結構簡單，全井田可采，其中302盤區(qū)地質儲量278.57 Mt，可采儲量176.60 Mt。302盤區(qū)設計生產(chǎn)能力為8.0 Mt/a，礦井采用“一井一面”的方式達產(chǎn)。

2 厚煤層采煤方法現(xiàn)狀及周邊礦井調查

通過對我國厚煤層采煤方法發(fā)展現(xiàn)狀的分析，并通過對周邊與本礦井類似開采條件的礦井回采情況進行了大量的調研和總結，概括起來周邊礦井采用的采煤方法主要包括：一次采全高大采高綜采、分層大采高綜采和綜采放頂煤開采3種采煤方法。

2.1 分層大采高綜采

當煤層特厚、一次性采全高采不完時采用分層大采高綜采。分層大采高采煤方法正在許多礦井中使用，如杭來灣礦301盤區(qū)煤層厚度8.27～10.66 m，平均厚度9.13 m，采用分層大采高綜采開采，設計采高5m，傾向長度299.1 m，推進長度4 313 m，埋藏深度213～225 m，傾角0.4°～0.6°；金雞灘煤礦一盤區(qū)東翼煤層厚度8.79～12.49 m，平均厚度9.4 m，采用分層大采高綜采開采，設計采高5.8 m；榆樹灣煤礦采用分層大采高綜采的采煤方法；金雞灘一盤區(qū)東翼采用分層大采高，上分層采高5.8 m。另外，礦區(qū)的曹家灘和小保當一號井設計推薦的采煤方法也是分層大采高綜采。

2.2 綜采放頂煤開采

綜采放頂煤采煤法是在開采厚煤層和特厚煤層時，一般沿煤層的底板布置一個采高為4～5 m的綜合機械化采煤工作面，利用礦山壓力、人工爆破、水力壓裂等方法，將剩余頂煤破碎后從支架后方落入刮板運輸機，然后由刮板運輸機運出工作面，該方法是厚煤層實現(xiàn)高產(chǎn)高效的主要選擇之一。礦井周邊的雙山煤礦工作面煤厚8.16～11.38 m，平均厚度9.9 m，設計割煤高度4.8 m，放頂高度5.1 m；柳巷煤礦煤層厚度9.87～11.77 m，平均厚度10.5 m，采用綜采放頂煤進行回采，設計割煤高度3.8 m，放煤高度6.7 m；麻黃梁煤礦煤層厚度7.55～10.36 m，平均煤厚9.2 m，割煤3.8 m，放煤高度5.4 m，這些周邊礦井采用綜采放頂煤開采的采煤方法都取得了成功。

2.3 大采高一次采全厚綜采

大采高一次采全厚采煤法是指開采厚度超過3.5 m的綜合機械化采煤法。目前榆神礦區(qū)已出現(xiàn)多個一次采全高大采高綜采，如神東補連塔煤礦世界首個7 m大采高工作面，工作面年產(chǎn)達1 300萬t；陜西煤化工集團紅柳林煤礦平均采高6.8 m，工作面年產(chǎn)1 200萬t；另外周邊上灣煤礦設計采高7 m，曹家灘煤礦設計采高7.0 m，薛廟灘煤礦設計采高6.2 m，白鷺煤礦設計采高6.8 m，金雞灘煤礦設計最大采高8.0 m，大采高一次采全厚的開采方法已經(jīng)逐漸在杭來灣礦井周邊開始應用。

3 302盤區(qū)采煤方法分析

根據(jù)榆神礦區(qū)和周邊生產(chǎn)礦井厚煤層開采現(xiàn)狀，結合杭來灣煤礦地質條件和煤層賦存情況，認為杭來灣煤礦302盤區(qū)3號煤厚煤層可采用的采煤方法有以下3種：分層大采高綜合機械化采煤方法、放頂煤綜合機械化采煤方法和一次采全高大采高綜合機械化采煤方法。下面對上述3種采煤方法的優(yōu)缺點及可行性進行分析。

3.1 分層大采高綜合機械化采煤法

根據(jù)分層頂板形成條件不同，分層綜采可分為3類：人工假頂分層綜采、留煤皮假頂分層綜采和再生頂板分層綜采。由于302盤區(qū)平均煤厚7.46 m留煤皮假頂分層綜采導致下分層較薄，且增大了煤炭資源的損失，首先排除。現(xiàn)對其他2種分層綜采方法進行分析。

3.1.1 傾斜分層金屬網(wǎng)假頂綜合機械化采煤法

優(yōu)點：工作面單產(chǎn)高、一井一面可實現(xiàn)800萬t產(chǎn)能；與一次采全高相比工作面投入少，煤壁片幫少、容易控制；資源回收率高，厚煤層回采率可達95%以上，并且有效地降低了導水裂隙帶發(fā)育高度，可以實現(xiàn)保水開采的目的。

缺點：主要是巷道掘進率高，生產(chǎn)成本增加，下分層煤炭易自然發(fā)火、下分層巷道維護困難。

3.1.2 傾斜分層大采高復合假頂綜合機械化采煤法

優(yōu)點：工作面單產(chǎn)高、較一次性采全高相比工作面投入少，煤壁片幫少，容易控制；煤炭回收率高，厚煤層回采率可達95%以上；可有效地解決煤層開采時的頂板支護和采空區(qū)處理問題，有利于實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

缺點：巷道掘進率高、維護困難，容易造成工作面接續(xù)緊張、采掘失調；開采下分層工作面頂板和巷道維護、管理困難，分層綜采較整層開采效率低；同樣情況下開采易造成采空區(qū)漏風，防治煤層自燃難度大。

因此，302盤區(qū)因煤層厚度受限，不宜采用分層大采高綜采。

3.2 放頂煤綜合機械化采煤法

放頂煤開采是一種高產(chǎn)、高效、安全、低耗、經(jīng)濟效益好的采煤方法。與分層開采和大采高開采相比，放頂煤開采具有以下優(yōu)缺點。

優(yōu)點：對煤層厚度變化及地質條件具有較強的適應性；降低噸煤成本，提高工作面生產(chǎn)效率；改善了易自燃煤層的管理；頂板控制問題較少；有利于設備的維護和保養(yǎng)，延長設備使用壽命；有利于合理集中生產(chǎn)，一次采出煤厚增加，工作面出煤點多，增加了煤層的開采強度，單產(chǎn)高。

缺點：煤炭損失大，在目前的技術水平條件下，放頂煤開采的工作面煤炭采出率一般比分層開采低10%左右；煤塵大，在放頂煤工作面，煤塵比分層開采高1～2倍以上。采煤機割煤、支架操作時的架間漏煤及放煤均為粉塵的來源。高位放煤時放煤工序產(chǎn)生的粉塵較大，頂煤破碎嚴重時架間漏煤產(chǎn)生的粉塵也會對工作面產(chǎn)生影響。在低位放煤時，工作面粉塵尤其是呼吸性粉塵主要來源仍然是采煤機割煤；瓦斯易積聚，隱患較大，與分層開采相比，放頂煤開采的產(chǎn)量集中，瓦斯散發(fā)面大，來源于煤壁、采落的煤炭、采空區(qū)、放煤口放落的煤炭和支架頂部已斷裂的煤壁。因此，同一煤層，綜放面比分層綜采面的瓦斯涌出量要大；冒裂帶比綜采工作面發(fā)育高，一般來說采空區(qū)涌水量大。

結合302盤區(qū)的地質條件及頂煤冒放性評價，總的來說302盤區(qū)采用綜采放頂煤的冒放性一般，可采用放頂煤開采。

3.3 一次采全高大采高綜合機械化采煤法

近年來，隨著大采高綜合機械化采煤法在設備、技術和管理等方面的不斷發(fā)展成熟，大采高綜采采煤在降低掘進率，緩和采掘關系、簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)、提高生產(chǎn)效率等方面優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，但是大采高設備穩(wěn)定性較差，對煤層條件要求較高，現(xiàn)對大采高優(yōu)缺點進行分析。

優(yōu)點：工作面產(chǎn)量和效率大幅度提高，增產(chǎn)潛力大；回采巷道的掘進量比分2層綜采減少了一半，掘進費用低；工作面搬家周期延長，搬家費用明顯降低；工作面設備較少，采掘工序簡單，容易管理；同放頂煤綜采相比，原煤含矸率低，經(jīng)濟效益較好，煤炭回收率高。

缺點：根據(jù)目前國內最新最成熟技術及裝備水平，回采煤層最大厚度在7 m以下，對于超過7 m的厚煤層，僅在金雞灘煤礦采用；煤層賦存條件要求比較嚴格，僅適用于緩傾斜煤層，煤層穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件較好的煤層；采高增加后，液壓支架重量也加大，同時采煤機和運輸機重量也加大，設備搬遷和安裝比較困難，輔助運輸成本增加；采高大，工作面煤壁松軟時易片幫，大采高工作面開采過程中，采煤機通過前后通常發(fā)生煤壁片幫，片幫煤過多、過大時會壓死溜槽鏈子；可能砸壞電纜槽，損傷采煤機鏈帶或電纜；還可能阻塞采煤機通過，卡在轉載機進料口堵塞煤流，影響設備正常運轉。煤壁片幫也給人員、設備帶來一定的危害，易誘發(fā)冒頂事故，嚴重影響了大采高綜采工作面的產(chǎn)能和效能，對其有效地控制成為大采高綜采工作面現(xiàn)場管理的重點和難點；設備投資高，巷道斷面大，掘進費用高，巷道維護成本增加。

通過對302盤區(qū)煤層傾角、煤層硬度、煤層厚度、煤層埋深、頂?shù)装鍡l件等方面的分析，認為從地質條件看，302盤區(qū)適宜采用大采高綜采。

4 結論

通過對杭來灣礦井302盤區(qū)采煤方法的對比分析和論證，認為杭來灣煤礦302盤區(qū)采用的一次采全高大采高綜采或綜采放頂煤進行開采，可以最大限度地提高煤炭采出率，減小設備投入、降低巷道掘進率和工作面搬家周期，提高礦井整體經(jīng)濟效益。