复杂条件下合并煤层开采方式的可行性研究

康继忠

（山西离柳焦煤集团有限公司，山西 孝义 032300）

1 矿井简介

汾西矿业集团水峪煤矿有限责任公司，当前开采10和11号煤层，两煤层是由间距和厚度不同的夹矸层掺杂其中的合并煤层。煤层倾角2～8°，属近水平煤层[1]；煤层厚度约7m，普氏系数f=0.8。其中含夹矸7～9层，其中1号、3号、4号夹矸为窝子矸，夹矸普氏系数f=4.6，煤层节理裂隙发育。

合并煤层的直接顶为灰色泥岩、厚约1 m，为上层煤（9号煤层）直接底，其性脆，节理发育。合并煤层基本顶为K2石灰岩，厚度10m。由于上煤层已采，石灰岩基本顶结构被破坏。合并煤层直接底为岩体泥岩，均厚2 m，遇水变软，底鼓膨胀。合并煤层基本底为泥岩，厚度8.7m，呈灰色层状结构。

水峪煤矿合并煤层开采中，由于原有开采工艺及设备等条件的影响，当前的资源回收率受到限制。为了突破目前瓶颈，提高煤炭资源回收率和矿井生产能力，有必要进行合并煤层复杂地质条件下采煤工艺的探究。针对水峪煤矿复合煤层的地质赋存特征，开采工艺主要有分层开采、放顶煤开采、一次采全高三种。因而需从技术、经济、安全角度进行采煤工艺可行性的比选。

2 分层开采的技术可行性研究

开采厚煤层及特厚煤层时，采用单一长壁采煤方法将会遇到困难；尤其当煤层厚度超过5 m，采场空间支护和装备等技术较复杂[2]。合并煤层的分层开采，在我们矿区已取得较理想的效果[3-4]，针对水峪煤矿而言，其优点主要有：①开采工艺技术相对成熟，其设备投资较少。②单次采高较小，瓦斯治理等安全措施成熟，有利于上覆岩层的缓慢下沉。③选用综采或高档普采时，由于10、11号煤层之间夹矸的存在，分层开采有助于合理回收煤炭，提高资源利用率。④分层开采有利于减少矸石外运及地面选矸的工作量，提高了经济效益。

相比而言，水峪煤矿合并煤层分层开采的缺点主要有：①增大巷道准备时间和巷道的掘进量。②两煤层的平均厚度有较大差异，针对相对较薄的煤层而言，保证工作面及巷道的行人高度较为困难。③复合煤层分层开采时，为了方便下层的顶板管理，需要上层开采时进行铺网工作。由于需要两层煤的工作面顺槽必须实行错位掘进，因而需要留设较宽的保护煤柱。

3 放顶煤开采的技术可行性研究

20世纪50年代的开滦、大同、鹤壁、新密、峰峰等矿区已用放顶煤开采煤方法。1984年沈阳蒲河矿综采放顶煤开采工业性实验取得较好效果[5]。近年来，放顶煤开采取得迅速发展，很多指标达到世界水平。针对水峪煤矿而言，其优点主要有：①复合煤层放顶煤开采时，单产高，效率高。②由于（与分层开采相比）较少铺网工序、只需使用一套设备就可完成开采工作，从而降低了成本。③巷道掘进工程量少，巷道维护费用减少，便于采掘接替，减少了工作面的搬家次数。④对节理裂隙发育、强度较低、且较易破碎冒落的10号、11号合并煤层适应性强。

放顶煤采煤方法用在水峪煤矿合并煤层开采时的主要缺点是：①两煤层包括夹矸的总厚度约7 m，对目前国内现有设备相比，其采放比较小，开采效率受到一定限制。②合并煤层之间含有大量矸石，若放煤口设置较小可能出现大块矸石堵塞放煤口的问题，从而降低放煤效率；若放煤口设置较大，则大量矸石和上部煤层会同时放下来，增大煤的含矸率，从而增加了煤的洗选工作量。

4 一次采全高开采的技术可行性研究

20世纪70年代我国从德国引入大采高支架及配套设备，并在开滦集团范各庄矿获得良好应用；国产大采高综采设备应用于80年代。目前，一次采全高综采技术在厚煤层中得到广泛应用[6-7]，出现了“一矿一井一面”的安全高效集约化生产模式。对水峪矿而言，大采高一次采全高开采的优点是：①一次采全高的巷道布置方便，工序简单。②一次采全高生产能力大、效率高，工作面的搬家次数少，资源回收率高。③水峪矿合并煤层及夹矸层厚度约7m，为近水平煤层，煤层倾角较小，厚度变化不大，地质条件也较符合大采高开采，因而很有利于合并煤层的开采。④一次采全高在通风和安全生产管理方面存在技术优势。

水峪煤矿合并煤层采用一次采全高工艺的问题有：①一次采全高需要较高高度的支架、较大功率的采煤机及配套设备，对巷道的尺寸提出较高要求，提高了一次投资的额度。②由于合并煤层夹矸的存在，开采过程中含矸率较高，提高了运矸成本。③一次采全高开采空间较大，矿山压力很大，顶板活动剧烈，煤壁易于片帮，管理困难。④该矿地质条件较复杂，煤层中起伏的小褶曲较多，不适宜大型设备开采作业。

5 结束语

通过上述分析，针对水峪煤矿特殊条件下合并煤层开采状况，不同开采工艺均有各自的优缺点。与分层开采相比，一次采全高具有产量高、巷道布置相对简单、巷道维护量小、工作面搬家次数少和节约铺网环节等优点；与放顶煤开采相比，一次采全高具有提高煤炭资源回收率，经济效益好等优点。但是由于该区域的煤层厚度变化较大，煤层底板较软，当前实行一次采全高的条件尚未形成。实际上，离柳集团在兑镇煤矿11102工作面的工业性实验结果表明，目前该矿较适宜的采煤方式为放顶煤开采[8]。

[1]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

[2]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社,2009.

[3]彭文庆,王卫军.浅埋厚煤层分层开采保护煤柱合理宽度研究[J].煤炭科学技术,2008,36（11）:14-16,20.

[4]郭明.联合开采技术在同煤层局部分层带的设计实践[J].山东煤炭科技,2011(1):78-79.

[5]胡伟.国内外综采放顶煤状况的分析[J].河南煤炭,1986(1):10-12.

[6]郑存良,陈立武.厚煤层一次采全高综采高产高效技术[J].中国煤炭,1997,24(1):29-32.

[7]李士栋,朱学军.倾斜厚煤层一次采全高综采工艺探讨及应用[J].中国矿业,2011,20(9):92-94.

[8]和惠浦,王君.兑镇煤矿厚煤层采煤方法选择[J].山西煤炭管理干部学院学报,2002(3):32-33.