采煤方法选择及采区布置探讨

2014-10-22郭国兵

山西煤炭 2014年7期

郭国兵

（阳泰集团屯城煤业有限公司，山西阳城 048103）

1 井田开采现状

1）4号煤层开采现状：4号煤层采空区位于玉井煤矿井田的东南部，采用斜井开拓，无极绳绞车提升煤炭和运送材料设备，采用房柱式采煤法，因采空面积不大，所以无采空区着火现象。采空区涌水量不大，无采空区积水。

2）9号煤层开采现状：本井田4、9号煤层在井田北部合并为9号煤层，在合并区中人为按较厚夹矸分层进行开采，9号煤层上分层利用现有的三个井筒(主斜井、副斜井、回风斜井)开拓开采，采煤方法采用对拉工作面采煤法。存在采空区，采空区内有一定程度的积水。井田内未发现有小窑开采现象，目前未发现火区，采空区内有废气，现密闭情况良好，无法查清其成分及浓度。

3）煤层顶板冒放性、煤层夹矸情况：煤层夹矸、分层夹石层岩性为砂质泥岩，厚度为0.05～0.91 m，平均0.33 m，夹矸石厚度总体由北向南逐渐变薄。根据9号煤层上分层底板、9号煤层下分层顶板的岩石物理力学性质测试报告资料，夹矸层抗压强度46.2 MPa，抗拉强度1.35 MPa，抗剪强度6.20 MPa。确定夹石层承压性较好，冒放性好。

2 采煤方法的选择

1）9号煤层开采技术条件：9号煤层位于太原组中部，上距4号煤层0～13.56 m，平均4.26 m，煤层厚度2.08～15.47 m，平均7.91 m，为全井田稳定可采煤层。在井田北部与上部4号煤合并为9号煤层，由于合并层煤层较厚，井田内分两层开采，即为9号煤层上分层和9号煤层下分层。一般含0～7层夹矸，结构简单～复杂。顶板为泥岩、砂质泥岩、砂砾岩、炭质泥岩、中、粗、细粉砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、中、粗、细粉砂岩。为井田内批采煤层。首采区开采井田东北部9号煤层下分层，煤层厚度5.64～10.38 m，平均7.96 m。本井田构造中等，属二类，水文地质条件中等。矿井为低瓦斯矿井。9号煤层自燃倾向为Ⅰ类，属容易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性。

根据上述9号煤层特征,结合目前国内开采技术水平有两种采煤方法可供选择,即分层开采和放顶煤一次采全高。分层开采适应范围较大,但因掘进工作量大,分层间距使用金属网假顶,从而使矿井生产吨煤成本加大,影响企业综合效益。因此,不做为首选考虑的采煤方法,只有当煤层赋存条件不适宜放顶煤开采时才考虑使用。

2）矿井煤层开采因素：放顶煤开采关键在于顶煤的可放性，而顶煤的可放性则由煤层赋存条件、力学性质、裂隙(节理)发育状况及夹矸特征、顶、底板性质等因素综合确定：①煤层厚度。一次采全高以5.00～10.00 m为宜，最大不超过12.00 m，本矿井田范围内9下号煤层厚度5.64～10.38 m，平均7.96 m。根据井田开拓布置及补2、补3、补4、补5钻孔资料，首采区煤层厚度9.64～10.38 m，平均7.96 m。首采区符合一次采全高放顶煤开采条件。②煤层倾角。本井田煤层倾角 2°～10°，小于 15°，符合一次采全高放顶煤开采条件。③煤层赋存深度。本井田9号煤层，埋藏深度均大于100 m，符合放顶煤开采条件。④煤层硬度和节理。本井田范围内9号煤层坚固性系数f=1.5～2,在f≤3的放顶煤开采范围之内。⑤自然发火期。9号煤层吸氧量为：0.82 cm3/g，自燃倾向性为Ⅰ类，属容易自燃煤层。⑥顶底板岩性。9号煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、砂砾岩、炭质泥岩、中、粗、细粉砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、中、粗、细粉砂岩。根据矿井开拓部署，分析地质钻孔资料，结合矿井采掘设备情况和生产管理水平,推荐9号煤层采用倾斜长壁综合机械化放顶煤采煤方法,全部垮落法管理顶板。

3 采区布置的探讨

1）采区布置方式及采区划分:根据井田开拓方案，投产采区为901采区，煤层平均厚度7.96 m。901采区沿井田东西向布置运输、轨道和回风大巷，巷道间距30 m，巷道保护煤柱每侧30 m。垂直运输、轨道和回风大巷布置工作面运输顺槽、回风顺槽。

2）采区数目、位置和工作面生产能力计算:矿井移交生产及达到生产能力时，井下9号煤层布置一个综采放顶煤工作面。工作面长度为150 m，采高2.90 m，放顶煤高度5.06 m，掘进工作面为3个，采掘比为 1∶3。

①回采工作面机采生产能力能力计算：式中：l为工作面长度，150 m；a为工作面日推进度，5.4 m/d；b为年工作日,330 d/a；M为工作面采高，2.90 m；r为煤的容重，1.46 t/m3；为正规循环率，0.85；c为工作面回采率,0.95。得 Qcj=150×5.4×330×2.90×1.46×0.85×0.95=914 kt。

②工作面放顶煤生产能力计算：

式中：l为工作面长度，150 m；a为工作面日推进度，5.4 m/d；B为年工作日,330 d/a；Mf为放顶煤高度，5.06 m；r为煤的容重，1.46 t/m3为正规循环率，0.85；c 为工作面回采率,0.83。则 Qf=(150-23)×5.4×330×5.06×1.46×0.85×0.83=1 179 kt。

③回采工作面生产能力为Qcz=QC+Qf=914+1 179=2 093 kt。矿井掘进出煤按回采工作面生产能力的5%考虑,则Qj=Qc×5%=105 kt。则矿井生产能力为Qk=Qcz+Qj=2 093+105=2 198 kt=2.198 Mt，满足矿井2.10Mt/a的设计生产能力要求。

3）采区运输、通风、排水系统。①原煤运输：回采工作面SGZ764/400型刮板输送机、SGZ830/630型刮板输送机→运输顺槽SZZ800/315型转载机、SSJ1200/2×250型带式输送机→运输大巷DTL120/80/1×90型带式输送机、DTL120/80/1×75型带式输送机、DTL120/80/1×55型带式输送机→井底煤仓→主斜井DTL120/45/2×200型钢绳芯带式输送机→地面。掘进煤:顺槽掘进工作面SGB620/40型刮板输送机→DSJ80/40×2型带式输送机→运输大巷DTL120/80/1×90型带式输送机、DTL120/80/1×75型带式输送机、DTL120/80/1×55型带式输送机→井底煤仓→主斜井DTL120/45/2×200型钢绳芯带式输送机→地面。②通风系统：新鲜风流由地面→主、副斜井→运输大巷、轨道大巷→运输顺槽→回采工作面。污浊风流由回采工作面→回风顺槽→回风大巷→回风斜井→地面。③排水系统：工作面积水由小水泵排至大巷，由大巷水沟自流至井底水仓。