资源整合小煤矿中综放工艺的实践与应用

摘要：本文简述了资源整合小煤矿中综放工艺的实践与应用。

关键词：综放工艺 资源整合

鹤济王屋山煤业有限公司是2010年10月鹤煤公司整合煤矿，矿井位于济源市西40公里王屋镇燕庄村北3公里处。矿井开采二1煤层，煤层为单斜构造，煤层倾角10°～25°，煤厚0.5-7.6m，平均煤厚3m。井田东西走向1.87km，倾向1.01km，面积约1.02km2。矿井地质储量306.5万吨，可采储量为185.9万吨，矿井设计生产能力0.15Mt/a，服务年限8.8年。矿井为瓦斯矿井，煤层自燃倾向性为不易自燃煤层，煤尘无爆炸危险性。矿井水文地质类型为中等，矿井涌水量3-5m3/h。开拓方式为立井单水平下山开拓，采煤工艺为炮采工艺，全部跨落法管理顶板。

1 1103工作面概况

1103工作面位于矿井西部11采区中部，东部为11采区轨道下山；南部为设计的1105工作面；西部为矿井边界；北部为11011工作面。该工作面采用走向长壁布置炮采工艺，全部跨落法管理顶板。工作面支护采用单体柱配2.4mπ型梁，上下顺槽均为2.4m×2.4m工字钢对棚支护，断面5.8m2。工作面走向长度为360m，倾斜长度90m，该区煤层厚度基本稳定，里段长度160m煤厚0.5-2.4m，平均为1.8m；外段200m煤厚1.8-7.6m，平均煤厚4.2m。工作面煤的普氏系数f=0.8，属于软煤，煤层倾角10°～25°，其中：工作面下段20m坡度25°，中上段坡度10°。地质储量为14.26万吨，回采率按85%计算，可采储量为12.12万吨。

1103工作面于2013年7月8日开始回采，截止2014年4月底共推进150m，基本每两天（4小班）推1趟，日产量130吨，按28天生产，月产量3640吨，工效仅为2.16t/工。工作面不仅单产低，而且在生产过程中，因工作面局部坡度大，再加上顶板的岩层赋存不均匀性，老顶呈现不协调破断，工作面单体支柱工作阻力呈不均匀分布，出现工作面局部来压的情况，致使出现单体支柱严重插底现象，实测单体支柱的初撑力为3～4MPa，经二次补液后初撑力为6～8Mpa，仍达不到规定标准。单体支柱配π型梁已不能满足安全生产需要，且属国家淘汰的采煤工艺，再加上后段煤层变厚，必须变更采煤工艺才能满足安全生产需要。

2 工作面开采条件分析

2.1 1103工作面地质构造分析

工作面为单斜构造，工作面内煤层产状局部变化，总体煤厚基本稳定。煤层倾角一般10°～25°，平均15°。工作面前段揭露揭露有一段140m长的薄煤带，煤层厚度在0.5m～2.4m，因煤层顶底板均为泥岩，强度相对较低，且附近及其工作面内没有揭露断层，总体地质构造简单对回采的影响不大。

2.2 煤层赋存条件分析

①煤层厚度。工作面里段煤层厚度为0.5～2.4m，平均1.8m；外段煤层厚度为1.8～7.6m，平均4.2m；煤层结构简单并且层位稳定。根据煤层赋存情况该工作面适合采用综采放顶煤工艺。

②煤层倾角。煤层倾角为10～25°，平均15°，煤层属于倾斜煤层。针对大倾角综采支架设备选购具备防倒防滑措施装备，工作面采取调斜措施减小坡度，因此，该工作面坡度适合综放工作面开采。

③煤的硬度。本工作面煤的普氏系数f=0.8，属于软煤，其特性有利于煤层及时冒落且具有可放性，以上条件适合用采煤机滚筒切割及放顶煤开采。

④煤层顶板、底板情况分析。工作面直接顶为黑色泥岩，层面含大量植物茎部化石及白云母碎片，层位稳定，抗压强度低平均厚度6.01m。老顶为灰、深灰色细～中粒石英砂岩，平均厚度6.59m，层位稳定，抗压强度较高。煤层直接底为深灰黑色砂质泥岩，泥质胶结，含砂量较少，含植物根部化石，层位比较稳定，平均厚度3m，遇水易膨胀底鼓。老底为灰色，浅黑色，中厚-薄层状砂岩，厚度4-5m，岩石坚硬，稳定性较好。

工作面采用单体液压支柱进行支护，在生产过程中，因工作面坡度大，再加上顶板的岩层赋存不均匀性，老顶呈现不协调破断，工作面单体支柱工作阻力呈不均匀分布，出现工作面局部来压的情况，致使出现单体支柱严重插底现象，实测单体支柱的初撑力为3～4MPa，经二次补液后初撑力为6～8Mpa，达不到规定标准。因此，单体液压支柱配π型梁已不能满足安全生产需要，且为国家淘汰的采煤工艺。

⑤瓦斯、煤尘和自燃倾向性

矿井属瓦斯矿井，矿井绝对瓦斯涌出量1.4m3/min，相对瓦斯涌出量4.6m3/t。按矿井所采二1煤层煤的自燃倾向等级和煤尘爆炸性鉴定报告结果：为不易自燃煤层，无煤尘爆炸性。工作面回采不受瓦斯制约，能够实现高产高效。

2.3 回采工艺方案技术比较

方案一 炮放工艺

采用单体柱（2.2米）配π型梁（2.4米）对棚支护顶板。

优点：容易安装，投资小。

缺点：①功效单产低（单产为1.5万吨/月），劳动强度大，采煤工流失严重，矿井招工困难。②顶板管理难度大，安全系数低。③从矿井高产高效角度考虑，该工艺不适合矿井长远发展考虑，因为该矿下一步规划接替工作面可采储量均在20万吨以上。

方案二 综放工艺

优点：①用人少、单产高，安全高效、顶板管理有保障。②适应于煤层厚度变化大的工作面。③该工作面煤层厚度变化大，综采支架对煤层顶底板起伏变化适应性强。④王屋山矿下一步规划接替工作面可采储量均在20万吨以上，适合采用综放工艺。⑤矿井供电负荷及通风能力均满足综放开采强度。⑥目前当地地质条件类似的济煤五矿采用轻型放顶煤工艺成功开采，其经验可以借鉴。且鹤煤也有轻放开采的成熟经验，ZF2400/16/24支架及采煤机都可以租用，可以减少投资。

缺点：①工作面夹矸增厚段，割煤时截齿消耗量大。（根据实际情况此段可以考虑炮采解决此问题）。②需要根据矿井实际地质条件租赁支架及采煤机等设备，前期综采设备投资较大。③综合机械化开采速度快，接替紧张。④综放工人施工队伍缺乏，需要相关培训，特别是实操技术培训。

鉴于工作面实际开采条件和存在的问题，再加上矿井煤软，其特性有利于煤层及时冒落且具有可放性，以上条件适合用采煤机滚筒切割及放顶煤开采。通过分析综放开采在技术上更具优越性，可行。矿研究后决定将1103工作面直接改造为综采放顶煤开采工艺。

3 工作面配套设备

3.1 液压支架

采用ZF2400/16/24型液压支架72台，适应煤层倾角≤15°，支护高度1.6～2.4m，初撑力1932适应煤层倾角≤15°，支护高度1.6～2.4m，工作阻力2400kN，支护强度0.38MPa。

3.2 采煤机

配套安装一台MG150/375-WD型采煤机，装机功率375kW，适应煤层倾角≤35°，采高1.2～2.6m，滚筒直

径1400mm，截深630mm，牵引力450kN，牵引速度0～6m/min。

3.3 刮板运输机

前后部刮板运输机型号为SGD630/220型，额定功率2×110kW，运输能力450t/h，链速1m/s。

4 经济效益

1103工作面于2014年5月1日开始试采，随着设备的磨合和人员操作熟练程度的提高，综放工艺的优势很快体现出来，在人员减少一半的情况下，日产量和推进度为原来的2倍，工效为原来的3倍，月产量超过3万吨。按现在260元/吨的煤价，月增加收入390万元，同时减少工资14万元，工程质量优良，且比炮采放顶煤工艺安全程度高，产量和工效将大幅度提高，经济效益显著。

参考文献：

[1]刘强.综采放顶煤开采存在的问题及对策[J].煤矿机电，1998（04）.

[2]杜泽生，陈金宇.综采与综放工艺条件下采场矿压特征分析[J].煤炭科学技术，2011（09）.

[3]牛国玺，胡计平，李强.复杂条件下综放工艺旋转开采技术研究[J].河北煤炭，2003（06）.

作者简介：

葛云超（1978-），男，助理工程师，工作单位：济源鹤济王屋山煤业有限公司。