东峡煤矿大倾角特厚煤层采煤方法比较与分析

贠东风张袁浩程文东，2范振东苏普正王东方孟晓军刘 柱

（1.西安科技大学能源学院，陕西省西安市，710054；2.西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西省西安市，710054；3.教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西省西安市，710054；4.华亭煤业集团有限责任公司，甘肃省华亭市，744100；5.华亭煤业集团有限责任公司东峡煤矿，甘肃省华亭市，744100）

东峡煤矿大倾角特厚煤层采煤方法比较与分析

贠东风1，3张袁浩1程文东1，2范振东4苏普正1，3王东方5孟晓军1刘 柱1

（1.西安科技大学能源学院，陕西省西安市，710054；2.西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西省西安市，710054；3.教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西省西安市，710054；4.华亭煤业集团有限责任公司，甘肃省华亭市，744100；5.华亭煤业集团有限责任公司东峡煤矿，甘肃省华亭市，744100）

基于华亭煤业集团东峡煤矿大倾角特厚煤层赋存条件，通过对走向长壁倾斜分层综采放顶煤与水平分段综采放顶煤采煤法的技术经济比较与综合分析，认为走向长壁倾斜分层放顶煤采煤法技术较优越、更为经济合理。现场实践也取得了良好经济技术效果。

大倾角特厚煤层 走向长壁倾斜分层综采放顶煤法 水平分段综采放顶煤法技术经济

为实现我国大倾角煤层（一般指埋藏倾角为35°～55°的煤层）安全高效开采，历经几代科研与技术工作者的共同努力，大倾角煤层走向长壁综合机械化开采理论与技术体系已基本形成，针对开采难度更大的大倾角特厚煤层，采煤方法的选择合理与否，直接影响整个矿井的生产安全和各项技术经济指标。

甘肃华能华亭煤业集团东峡煤矿（简称东峡煤矿）自投产以来，先后采用过倾斜分层全部垮落下行采煤法、水平分段放顶煤采煤法和走向长壁单体支柱放顶煤采煤法等方法对该矿大倾角煤层进行回采，取得了较好的技术经济效益。

东峡煤矿核定生产能力1.5 Mt/a，井田南部向斜轴西翼为主采区（以下简称西翼扩大区），赋存有大倾角特厚煤层。为攻克东峡煤矿大倾角特厚煤层安全高效回采难题，矿方与西安科技大学合作，针对煤层特殊赋存条件，经过调研论证认为走向长壁综放与水平分段综放这两种采煤方法具有各自的优势。

1　煤层赋存特征

东峡煤矿西翼扩大区地质储量为18.28 Mt，可采储量为12.82 Mt，主采煤层为6-2煤层，井下标高930～875 m，煤层平均厚度为19.6 m，倾角为55°～74°，平均为64°，煤的硬度系数为2～3。

目前，开采这类大倾角特厚煤层多采用水平分段放顶煤法，而走向长壁综采放顶煤法经过多年的积极研究与试验取得了较好的技术与经济效果。

2　技术比较与分析

经过初步的论证得出大倾角走向长壁倾斜分层综放与水平分段综放对于回采东峡煤矿大倾角特厚煤层都是可行的。为了选择更好的采煤方法，首先将大倾角走向长壁倾斜分层综放与水平分段综放作以技术比较。

大倾角煤层开采的核心是工作面支护系统的稳定性，水平分段综采放顶煤法的突出优点是工作面呈水平布置，如图1所示，工作面设备不会倒滑，且安装回撤更容易，采煤工艺和管理都较为简单，但是工作面长度直接受煤层厚度和倾角的制约。由于东峡煤矿西翼扩大区可采煤层平均厚度为19.6 m，平均倾角达到64°，若采用水平分段综采放顶煤回采该区域煤炭资源，设计工作面采高为2.5 m，采放比为1∶3，需要布置7个水平分段综放工作面，导致搬家频繁，巷道掘进量大。工作面长仅为20 m左右，单产低，为达到矿井生产能力，势必造成多头多面，脊背煤损失较大。且工作面生产分散、占用人员设备多、采掘接替紧张，不利于矿井集约化生产。

图1　水平分段综放工作面剖面图

相比水平分段综采放顶煤而言，走向长壁倾斜分层综采放顶煤便于集中生产、掘进率低、无底板脊背煤损失和单产高等优点，且工作面长度大，搬家次数少。此外，通过对走向长壁倾斜分层与水平分段综采放顶煤岩层移动的对比研究可知，走向长壁倾斜分层开采还可减轻围岩垮落和地表移动强度。

由于西翼扩大区煤层特厚，据顶煤冒落与其运移规律试验研究结果，整层综放回采顶煤较厚且冒落不充分，放出率较低。而分层综放厚度较小，放出率较高，特别是回采下分层时能够大量放出上分层采空区的遗煤。故决定采用沿倾斜分两层的走向长壁综放采煤法，上分层工作面沿分层面布置，下分层工作面沿煤层底板布置，走向长壁倾斜分层综放工作面剖面图见图2。

尽管采用走向长壁倾斜分层综采放顶煤在技术上可行，但仍有一些特殊难点需要在生产中引起重视。由于顶底板岩层的破坏移动，工作面易发生支架滑、倒及架间挤、咬现象，工作面支护系统稳定性较差，为了减缓移架时支架底座对底板的扰动，采用抬底座机构；保证工作面正常生产的关键在于解决支架、采煤机和刮板输送机的稳定性问题，以及上分层底煤控制与下分层破碎顶板支护问题。

大倾角厚煤层走向长壁综放经过多年的研究与实践，在设备与工艺方面已比较成熟，部分技术难题得到了较好的解决，为分层综放试验奠定了基础。

校企合作双方经多次调研论证，一致认为走向长壁倾斜分层综放采煤法具有以下技术优越性:

（1）西翼扩大区煤层硬度较大，不易片（塌）帮，有利于预防架前抽冒和支架防倒防滑。

（2）工作面ZF/5000/17/28支架工作阻力、支撑高度、支护强度等均依据东峡煤矿煤层条件设计。且设计利用双侧活动侧护板和底调机构解决支架下滑、失稳后的调整难题。

图2　走向长壁倾斜分层综放工作面剖面图

（3）从适应性和可靠性方面对三机进行了研究，采用牵引功率大，制动可靠性高的电牵引双滚筒采煤机和高强度刮板输送机，保证其在大倾角工作面正常运行。

（4）工作面伪仰斜布置，采用下行割煤、由下而上移架推溜、移架操作少降快拉和对倾倒支架采用动态扶架技术可有效解决大倾角工作面三机下滑和支护系统失稳难题，保障了工作面安全生产。

3　经济比较与分析

若采用走向长壁倾斜分层综放，按上、下分层布置工作面。为降低试验技术和管理难度与风险以及受采掘接替所限，上分层工作面长度较小；待上分层回采试验积累经验后，再将下分层工作面加长，充分发挥走向长壁综放的优越性。上分层工作面布置在煤层中，底板为煤层，工作面走向长1008 m，倾向长60 m，采高2.6 m，放煤高度7.3 m，采放比1∶2.8。下分层工作面沿煤层底板布置，工作面走向长1000 m，倾向长102 m，采高2.6 m，放煤高度7.1 m，采放比1∶2.7，采煤机单向割煤，两刀一放，日推进2.4 m。分层工作面掘进量为4930 m，掘进率为34.62 m/万t。

若采用水平分段综放，工作面沿水平布置，分段数为7个，掘进量为15582 m。工作面长20 m，走向长1000 m，采高2.5 m，放煤高度7.5 m，采放比1∶3。采煤机单向割煤，两刀一放，日推进4.8 m。

走向长壁倾斜分层综放工作面长度远大于水平分段综放工作面，支架数量多，初期投资大，而单产量远大于水平分段综放工作面，收益快，利润高。工作面主要经济技术指标比较如表1所示。

表1　倾斜分层综放与水平分段综放工作面经济技术指标比较

经济比较表明，走向长壁倾斜分层综采放顶煤采煤法明显优于水平分段综采放顶煤采煤法。前者经济优越性主要体现在:

（1）产量、工效提高。走向长壁倾斜分层综放工作面长度大，搬家次数少。上、下分层工作面年产量分别为43万t和71.6万t，工效为39.4 t/工·日和29.0 t/工·日，远大于水平分段综放面。

（2）万吨掘进率、掘进费用大幅下降。水平分段综放工作面万吨掘进率123.08 m/万t，远大于倾斜分层综放的34.62 m/万t。

（3）利润、投资利用率大。走向长壁倾斜分层综放投资利润率达403%，年利润较水平分段综放增加6757.1万元。

4　现场试验

综合上述技术与经济比较，大倾角特厚煤层走向长壁倾斜分层综采放顶煤在技术上较为优越、经济上更为合理。因此矿方决定对西翼扩大区大倾角特厚煤层采用走向长壁倾斜分层综放，经现场实践，取得了较好效果。

首采上分层工作面于2012年1月8日进行试生产，2013年10月回采结束并安全顺利回撤。工作面累计推进1008.9 m，采出煤量54.984万t，最高月产5.468万t，平均月产3.055万t，回采工效33.4 t/工·日，回采率75.9%，万吨掘进率42.12 m/万t。

次采下分层工作面2014年2月11日进行试生产，顶煤冒放性高，回采过程中能够放出上分层采空区遗煤。截至2014年12月1日，生产原煤68.194万t，平均月产6.819万t，最高月产10.138万t，回采工效33.5 t/工·日，回采率88.6%，无轻伤以上事故。

5　结论

（1）东峡煤矿大倾角煤层走向长壁倾斜分层综采放顶煤在技术与经济上较水平分段综采放顶煤具有明显优越性。

（2）理论计算表明走向长壁倾斜分层综放工作面年产量与工效均大于水平分段综放工作面，年利润增加6757.1万元；掘进率较水平分段综放工作面降低88.46 m/万t。

（3）现场实践表明东峡煤矿大倾角特厚煤层采用走向长壁倾斜分层综放取得了较好效果。

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［3］ 徐永圻.煤矿开采学［M］.江苏:中国矿业大学出版社，2009

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（责任编辑 张毅玲）

Comparison and analysis of coal mining methods in steeply dipping and extra thick coal seam of Dongxia Coal Mine

Yun Dongfeng1，3，Zhang Yuanhao1，Cheng Wendong1，2，Fan Zhendong4，Su Puzheng1，3，Wang Dongfang5，Meng Xiaojun1，Liu Zhu1
（1.School of Energy，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；2.School of Architecture and Civil Engineering，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；3.Key Laboratory of Western Mines and Hazard Prevention of China Ministry of Education，Xi'an，Shaanxi 710054，China；4.Huating Coal Group Co.，Ltd.，Huating，Gansu 744100，China；5.Dongxia Coal Mine，Huating Coal Group Co.，Ltd.，Huating，Gansu 744100，China）

According to the occurrence conditions of steeply dipping and extra thick coal seam in Dongxia Coal Mine of Huating Coal Group，through techno-economic comparison and analysis between longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining and horizontal section fully mechanized caving mining，the results showed that the longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining was technically superior and economically reasonable.The filed practices had achieved favorable technical-economic effects.

steeply dipping and extra thick coal seam，longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining，horizontal section fully mechanized caving mining，techno-economic comparison

TD823

A

贠东风（1962-），男，陕西临潼人，教授，1984年毕业于西安科技大学（原西安矿业学院），主要从事复杂煤层开采与采矿系统工程方面的教学与科研。