正升煤矿采煤工艺的分析和选择

曹旭平

(山西约翰芬雷华能设计工程有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

在煤矿开采中，井下采矿作为一项核心环节，其采煤工艺直接关乎到井下采矿的效率与安全，这主要是由于井下采矿作业特点决定的。如何使煤矿井下采煤工艺合理、高效、安全性不断提高，已经成为煤矿开采工作中重点关注及亟待解决的问题。因此，探讨分析正升煤矿井下采煤工艺应用实践具有重要的理论意义和现实指导作用。

1 正升煤矿基本情况

1.1 基本情况

正升煤矿为兼并重组整合矿井，由山西杨家庄煤业有限公司、山西杨家庄金泰和煤业有限公司、山西杨家庄安源煤业有限公司、山西汾阳金平煤业有限公司、山西汾阳安兴煤业有限公司5个小型煤矿资源整合而成。设计生产能力90万t/a，斜立井混合开拓，其中主斜井为新建斜井、改造原金平煤业有限公司副立井为矿井副立井、改造原金泰和煤业有限公司主立井为矿井回风立井。矿井地质构造简单，煤层赋存稳定，开采技术条件简单，主采煤层平均厚度7.24 m，水文地质条件中等，发热量高，煤质优良，市场前景好。

1.2 煤矿存在的主要问题

正升矿井是多个小型煤矿整合而成，这些小煤矿又分别为2005年多个小煤窑整合而成，几经整合，更换业主，煤矿原始状况，特别是井下开采状况，资料缺失，虽经地质部门搜集整理、调查了解，但由于年代久远，人员变化较大，资料缺失严重。要彻底查明井下开采现状，老巷、老空分布情况难度很大，这给矿井建设和生产带来巨大安全隐患。井田内钻孔施工年代跨度大，封孔情况及封孔质量不详。报废井筒个数、位置、处理方式等不明，这些有可能沟通上下含水层、地表水或者采空区、老空区积水，积气等。井田勘探报告采用的瓦斯鉴定资料为整合前个别矿井近年来瓦斯鉴定结果，由于采煤方法、通风条件变化，鉴定结果不能准确反映整合后矿井瓦斯情况。

2 正升煤矿采区布置

2.1 采区数目和位置

首采区数目：根据矿井开拓布置及达产时工作面个数，达到设计生产能力时移交一个采区。

首采区位置选择：根据井田开拓部署及采区划分，91采区东以F3断层为界，西至井田边界，南、北边界均为井田边界，采区面积大，储量丰富，服务年限长，勘探程度高，9+10+11号煤层未经开采，推荐作为首采区。

首采区特征：采区东西走向长1.8～4.2 km，南北倾斜宽1.1～2.5 km，面积约3.12 km2。采区内含煤1层，即9+10+11号煤层，可采储量31.62 Mt。

2.2 煤层分组、开采顺序

煤层分组：上组煤层和9+10+11号煤层平均间距约70 m，不能采取联合开采，按煤层分组布置。

开采顺序：两煤层相距较远，经计算2号煤层处于9+10+11号煤层开采所形成的冒裂带之上，具备上行开采条件。但本井田2号煤层开采殆尽，不影响初期9+10+11号煤层的开采，因此为避免“蹬空”开采，可根据9+10+11号煤层开采计划，适时安排上组煤层开采，实行上行开采方案。

2.3 采区巷道布置

根据推荐的井田开拓方案，首采区布置在91采区，利用西翼胶带运输大巷、西翼辅助运输大巷、西翼回风大巷作为采区准备巷道，在大巷北侧布置回采巷道，辅助运输顺槽通过联络巷与西翼辅助运输大巷相联，胶带运输顺槽与西翼胶带运输大巷直接连接，胶带输送机直接搭接；辅助运输顺槽与西翼回风大巷通过回风联络巷联接。

2.4 采区车场、装车点及硐室

井下辅助运输大巷采用无轨胶轮车运输方式，与工作面辅助运输顺槽采用中部平车场、联络巷方式联络，工作面设备由无轨胶轮车直接运送至工作面。

煤炭运输采用带式输送机，顺槽内可伸缩胶带输送机和大巷带式输送机直接搭接。

3 正升煤矿采煤工艺选择

3.1 开采技术条件

正升矿井的主要可采煤层为9+10+11号煤层，位于太原组，全区稳定可采，厚度6.17～8.28 m，平均7.24 m，该煤层结构较简单，一般含0～2层夹矸，偶含4层。顶板为石灰岩，局部有泥岩伪顶，底板多为泥岩，局部为炭质泥岩。9+10+11号煤层自然倾向性为容易自燃，煤尘具有爆炸危险性，属低瓦斯矿井。煤层埋藏较浅，地温、地压正常，水文地质条件简单。

3.2 采煤方法

正升煤矿主采煤层为9+10+11号煤层，根据煤层地质构造及赋存特征，9+10+11号煤层采用长壁式采煤方法，后退式开采，全部冒落法管理顶板。

3.3 厚煤层采煤工艺

大采高一次采全高：通常大采高综采被认为是指采煤机割煤高度和分层高度大于3.5 m的综采，但事实上伴随大采高技术和设备的不断进步与更新，大采高工作面目前最大采高已经可以达到6 m，成为了我国煤矿矿井实现高产高效的主要井下采矿工艺之一。与分层开采相比，大采高一次采全高的优势主要体现在以下几个方面：①实现了煤炭资源利用率的提高，有利于煤炭资源的保护；②煤层掘进量小，使得采掘关系得到了有效缓和以及掘进费用低；③使得回采工作面搬家次数减少，从而节省了设备搬迁安装工作量和安装费用；④与普通采煤工艺相比，回采工作面单产开采量提高了1～3倍；⑤提高了块煤率，增加了煤炭售价；⑥减少了注黄泥浆和铺网等工序，节省了材料及巷道维修费用；⑦有利于矿井实现集中生产，达到了提效、减面、减人等目标；⑧减少了通风、运输环节，一定程度上降低了事故的发生几率；⑨提高了劳动生产效率，降低了生产成本。缺点是设备大，巷道断面大，设备运输和搬家较难，采煤面容易片帮。

人工假顶分层开采：所谓人工假顶分层开采是指将厚煤层分成若干层，上分层要为下分层铺设人工假顶的一种采煤工艺，适用于煤层顶板中等冒落，直接顶具有一定厚度的缓倾斜及倾斜厚煤层。这种采煤工艺的优点是能够有效提高煤炭回收率，使厚煤层回采率最高可以达到95%以上，但由于铺设假顶工作量大，工艺复杂，不仅需要更多的人力，而且推进速度比较慢，巷道及下分层顶板维护困难，这些都使得生产组织管理复杂，虽然巷道掘进率高，但相应地提高了劳动生产成本。

综采放顶煤采煤法：①早在1982年，我国的综采放顶煤采煤试验就分别在阳泉、潞安、平顶山、沈阳矿务局等煤矿施行，自此综采放顶煤采煤法在我国得到了极大的发展，并获得了广泛的推广应用，出现了兖州、阳泉、潞安等主要采用综采放顶煤采煤法的大型高产高效矿区。近些年来，伴随综采放顶煤技术的不断进步以及设备的日趋完善，综采放顶煤采煤法因为具有高产、高效、安全、低耗、适应性强等优点，每当有厚煤层需要开采的时候，综采放顶煤采煤法就成为了首选采矿工艺。据悉在2000年就有12个工作面通过运用综采放顶煤采煤法实现了年产量超过2.00 Mt/a，而在2006年，兖州东滩矿综采放顶煤工作面的单产达6.08 Mt/a，通过采用综采放顶煤采煤法所带来的经济效益非常明显；②可以看到虽然综采放顶煤采煤法有着许多优点，然而不管哪一种采煤方法其优点都是基于其试用条件的，如果没有了适用条件，其优点就没有了存在的基础。放顶煤由于主要是借助矿山压力实现破煤，所以对煤层的赋存条件及可放性有着一定要求。结合我国多年的综采放顶煤采煤工艺经验，可以看到主要有煤层厚度和顶底板强度、开采深度、煤岩体节理裂隙发育程度、煤层结构、地质构造、顶板条件、瓦斯及水文地质条件、自然发火等因素影响顶煤冒放性。

3.4 采煤工艺选择

正升煤矿煤层条件分析：①通过有限元计算的顶煤破坏系数可以寻找到顶煤冒放性与开采深度的关系规律。通常情况下，当开采深度大于400 m的时候，此时顶煤易于冒落。本井田9+10+11号煤层采区埋深从80～420 m，从开采深度看，顶煤冒放性好；②煤层顶底板强度—本矿9+10+11号煤层顶板为K2灰岩、致密、坚硬，厚度一般4.50 m左右。抗压强度35.2～68.6 MPa，底板泥岩抗压强度试验为12.0～14.6 MPa，9+10+11号煤冒放性较好；③煤层厚度—本矿首采区域9+10+11号煤层平均厚度7.24 m，采高3.0 m，顶煤厚度平均为3.70 m左右，平均采放比1∶1.23，符合《煤矿安全规程》第68条规定；④煤层结构—本井9+10+11号煤通常含夹矸0～2层，夹矸多为泥岩，且夹矸岩石强度相对较低，由于和煤层的强度基本相近，因此不会对顶煤的冒放性产生较大影响。

采煤工艺确定：根据以上采煤工艺分析，结合本矿9+10+11号煤层赋存情况及顶底板条件、冒放性的分析，适用于一次采全高和综采放顶煤采煤法，由于厚煤层一次采全高综采面的最大采高不宜超过5 m，结合邻近高阳煤矿开采9+10+11号煤层冒放性好、无需人工强制放顶实践经验，正升矿井将采用综采放顶煤采煤工艺。

确定的工艺优点：①采煤方法容易实现高产；②巷道掘进率低，能够显著缓和矿井采掘关系；③单位进度采煤能力大，相对减少了工作面搬家次数；④能够明显降低采煤成本，采煤方法更灵活。

4 结语

为了不断提升煤矿采煤效率和质量，各个煤矿企业有必要结合矿井的具体情况，探讨如何通过相应的采煤工艺提高采煤工作的效率和质量具有重要的意义，对开采煤矿的技术、设备进行改进和创新，选择合理采煤工艺，提高采煤工作的安全性，进而促进煤矿行业健康有序发展。