西细庄1#煤开采方法选优分析

文/严桂军

西细庄1#煤开采方法选优分析

文/严桂军

开滦集团蔚州矿业有限责任公司西细庄矿年产量为60万吨，属于中小型矿井，煤炭储量较小。2010年后可供开采的煤层为1#煤，服务年限5~6年。1煤层为局部可采煤层，位于窑坡组一段下部。可采煤层大都集中在北部，南部基本属于无煤区。下距奥陶统灰岩顶面1.27~18.10m，平均间距为7.86m，埋藏深度为143.59~336.50m，平均埋深243.19m，南浅北深。煤层厚度0.12~5.11m，平均厚1.95m，煤层厚度变异系数为81.69%。煤层结构复杂。现矿井正常涌水量为30t/ h~50t/h。最大涌水量为55t/h。本文就西细庄1#煤开采方法的确定进行了阐述，客观对比分析了单体支柱、综采自移支架和悬移支架对1#煤顶板支护的优缺点，合理确定了1#煤选用整体顶梁组合悬移液压支架配合采煤机的采煤方法。

一、采煤方法的选择与比较

1.综合机械化开采的可行性分析

影响综合机械化开采因素主要有矿井井型、煤层稳定性、构造特征、顶板岩性、煤层厚度等。1#煤目前布置的工作面有1101、1102、1103、1104、1106、1107、1110、1112、1202、1204、1206等。1#煤揭露的断层较多，落差大，其中FY25、FY26落差大于2.0m，局部达到6.0m，该断层穿过1102、1104工作面，造成工作面走向仅120~170m。1104、1112工作面明显受到FY26断层的影响，走向长度短，工作面不规则，无法使用综采；1102、1106、1108工作面受到FY25断层及其他断层的影响，开采时由于频繁过断层、且走向较短，不适合综采；1123、1125工作面煤层薄，煤层厚度变化大，断层切割严重，架型难以选择，且开采效益差，不适宜使用综采。

此外，1#煤顶板岩层上部为砂岩与泥岩互层，直接顶板为泥岩，遇水软化。煤层顶板整体上属于厚度较小的复合顶板结构，对煤层开采不利。

综合上述因素分析，由于1#煤断层多、走向短、工作面不规则的特征，难以布置出走向合适的正规综采工作面；顶板伪顶难以控制，造成大采高开采片帮严重，顶板局部冒顶。因此，1#煤不具备使用综合机械化开采的地质条件。

2.简易支架开采可行性分析

2.1顶板结构分析

根据图1可知，0.8~0.85m的复合顶板属于伪顶，开采时难以控制；底板为遇水软化的泥岩，支架（柱）很容易扎底。

图1 1#煤顶底板局部放大图

综合机械化开采的反复支撑与卸载很难支托住伪顶，简易支架开采对顶板的破坏性小于综合机械化开采，在煤层较硬的区域可托住伪顶。

2.2煤层强度分析

1#煤顶板属于中等强度以下岩层，强度较低，单轴抗压强度平均为60MPa，煤层抗压强度在12MPa~ 23MPa之间，平均值为12.5MPa；煤层裂隙发育，具有分层特征。1#煤主采下部煤层，采高为2.5~2.6m，煤层直接顶板为松软、厚度小的易破坏岩层。因此在周期来压期间会增加片帮深度。

2.3构造分析

1#煤实际揭露落差较大、横穿工作面的断层较多，造成工作面走向短，最短走向仅120m，见图2，1#煤1102面和1104面断层图。构造复杂、不规则工作面使用简易支架开采更具有灵活性，避免了搬家频繁、拆卸困难的问题。

图2 1煤层1102面和1104面断层图

从煤层的客观条件分析可知，如果采取合适的采高、选择合理的支护强度、进行必要的顶板处理，采用简易支架开采方法能够实现1#煤的安全经济开采。

二、简易支架控制顶底板的特点分析

ZH2600/20/28ZL型整体顶梁组合悬移液压支架，是一种介于高档面单体支柱和综采自移支架之间的过渡型支架。在防止顶板离层、保持支架稳定性方面，综合比较而言，整体顶梁组合悬移液压支架采用并列结构，移架时左、右支架互为支撑，有利于端面顶煤的维护；移架时，始终保持一个梁全长接板的有效支撑，有效阻止了顶板的离层。

1．相对于综采自移支架的控顶特点

由于整体顶梁组合悬移液压支架是左右梁通过四连杆机构联接而成，移步时支柱提腿随顶梁前移，移架过程中反复卸载支撑的次数较小，且采用半卸载移步工作方案，保证了移架过程中顶板下沉速度和下沉量较小，利于顶板的维护。而综采自移支架由于其顶梁较宽（一般1.5m左右）、支护面积大，移架过程中支架反复卸载支撑对顶板的扰动大、顶板下沉量（下沉速度）大，从而加剧了直接顶的离层和破坏，不利于顶板维护。在对顶板的合理支护强度方面，整体顶梁组合悬移液压支架由于重量轻、拆装运输方便，可以根据具体的煤层顶板条件，依据老顶岩梁来压强度的大小，安排合理支架间距排设（设计间距一般为0.6～1.0m），比综采自移支架更具有较强的灵活性。

2.相对于高档面单体支柱的控顶特点

整体顶梁组合悬移液压支架在控顶方面与单体支柱相比具有以下优点：

整体顶梁组合悬移液压支架以顶梁及液压系统实现对顶板的支护，各排支柱被顶梁连成整体后实现对顶板的支护，增强了支柱的稳定性和安全性。

整体顶梁组合悬移液压支架采用整体移架支护方式，使工作面支护强度均匀；而单体支柱支撑后，经过几个采煤循环后才卸载前移，前后排支柱阻力差别较大。由此可见，整体顶梁组合悬移液压支架比单体支柱有利于顶板的维护。

由于整体顶梁组合悬移液压支架的抽出式前探梁能在割煤后及时伸出维护裸露的端面顶板，割煤后支架半卸载及时前移，保证机道上方的端面顶板具有较大的支护强度，从而有利于端面顶板的维护。

与单体支柱相比，整体顶梁组合悬移液压支架基本避免了人工支、回、搬、移支柱，以及挂卸顶梁和提拉柱鞋等工序，改善了劳动条件，实现了支护放顶机械化，安全状况好、劳动效率高。

三、结语

为全面提升矿井采煤工艺水平，提高煤炭资源回收率，实现安全高效发展，西细庄矿在1#煤开采过程中，选择留部分底煤、选择相对坚硬的粉砂岩作为顶板（采掉伪顶）、控制采高2.6m以下的整体顶梁组合悬移液压支架开采方法，取得了良好的安全及经济效果，为矿井的后续开采奠定了基础。

（作者单位：开滦集团蔚州矿业有限责任公司）

（责任编辑：周琼）