一种新式采煤方法的推广与应用

原江鹏

(山西晋煤集团大峪煤业有限公司，山西 晋城 048000)

0 引言

在如今的市场环境中，煤炭价格不断下降，对煤炭开采企业的效益形成了巨大的影响，因此提高煤炭开采水平，降低煤炭开采成本是煤炭开采企业维持自身利益的主要方式。一次采全高采煤法相比于其他采煤方法具有出煤量高[1-3]，煤炭开采率高，煤炭开采环境较好，可以有效地避免大量的人力资源和设备资源的投入，还可以防止煤炭自燃现象的发生，在煤炭市场萎缩的情况下，一次采全高采煤法对煤炭开采企业的生存具有重要的意义。

1 工程背景

1.1 煤层概况

文章涉及的煤炭开采区归属于山西晋煤集团大峪煤业有限公司，该煤炭开采区位于山西省长治县大峪村一带。整个煤炭开采区域大致呈长方形分布，整个开采区域面积在8 km2左右。

煤炭开采区域煤层为15#煤层，可开采煤层平均厚度在4.68 m，煤炭开采顶板地质成分主要是灰岩，同时会有小部分其他地质成分的存在，煤炭开采区的底部主要地质成分为泥岩和粉砂岩，地质条件比较适合一次采全高采煤法的推进。

1.2 煤层开采现状

煤炭开采区域是以东山煤矿工业场地为基础，进行煤炭开采场地的布置。该煤炭开采场地具有地势平坦，远离人口聚集地带，公路交通状况发达的特点。在煤矿区域具体设计中，该煤炭开采主要设立3个井筒，主开采井筒，副开采井筒，通风井筒，其中主副开采井筒采用斜井布置，通风井筒采用立井设计。

在煤炭开采设计中，主斜井为新建井筒，主斜井一次性打到开采煤层底部之下的10 m岩土之中，在主井底部设置井底煤层清理装置，在井筒到达指定深度后平行掘进，与矿井西侧的辅助运输的煤炭巷道联通。主斜井的主要参数为：矿井宽度4 m，矿井截面面积11.82 m2，主斜井与水平面的倾角25°。在主斜井内，装有一台带式运输机作为煤炭运输装置。

辅助斜井也是新建矿井，辅助斜井的主要作用为运输矸石，煤炭开采设备和人员，同时作为井下的进风渠道和安全出口。与主斜井不同，辅助斜井的深度与煤炭开采层底部齐高，在达到设定深度时，与辅助运输巷道联通，辅助斜井的主要参数为：矿井宽度5 m，矿井截面面积17.32 m2，辅助斜井与水平面的倾角6°。在井筒中采用无轨胶轮车作为人员和开采工具的运输工具。

除了主辅斜井之外，在矿井设计中，还设计通风立井。通风立井以东山煤矿场地原井口为基础进行拓宽，通风立井的主要参数为：井筒直径4 m，井筒截面面积9.62 m2，垂直深度73 m。

2 一次采全高采煤法设计

2.1 采煤方法选取理由

一次采全高采煤法适用条件主要有以下3点：①煤层地质条件简单，煤层变化不大，煤层高度在6 m以下；②煤层顶板和底部地质结构稳定，能够适合大采高支撑工具的使用强度，在进行一次采全高开采时不会随意产生冒顶事故；③一次采全高采煤法适用于煤层稳定，具有一定的结构强度，要求煤层随煤层开采高度的增加，不会经常性的发生片帮事故[4-5]。

进行煤炭开采的15#煤层，平均煤层厚度为4.68 m，煤层地质条件较好，煤层之间没有其他杂质。在煤层顶板主要是石灰岩，经测量石灰岩层的平均厚度在7.9 m，在煤层底部主要是泥岩和粉砂岩，平均厚度在6 m。整个煤炭开采区域地质结构简单，岩煤分布清晰。在对煤炭开采区域的地质情况进行勘测以及对煤炭性质和成分进行分析之后，可以得知15#煤层的煤炭性质为易自燃煤层，自燃危险等级较高，整个煤层近似于水平分布，煤层倾角在8°之内。由于在之前的开采中，缺乏统一的规划，导致部分煤层出现采空现象，在部分煤层采空区出现积水，煤层坍塌等现象，水文地质条件具有一定的复杂性。

通过数据对比，可以发现大峪村煤矿是完全符合一次采全高采煤法的基本要求的，一次采全高采煤法优点有：①与分层综采相比，具有生产能力大、巷道布置简单、工序简单、巷道掘进量和维护量小、回采工效和采出率高、吨煤成本低的优点；②与综放开采相比，具有采出率高、含矸率低、煤尘小等优点；③工作面开采高度大，覆岩破坏范围大，基本顶可回转、运动的空间大，上覆稳定的砌体梁结构距采场较远；④工作面支护强度高、动载系数小、支架工作阻力与初撑力呈多线性关系，支架围岩受力以静载为主。

2.2 一次采全高采煤法细节设计

回采工作面长度:在设计过程中，确定的煤炭开采工作面长度为100 m。根据煤炭分布位置，煤层的厚度和现有的煤炭开采技术水平，采用一次采全高采煤法可以达到煤矿设计生产水平。

采煤机型号选择:煤炭开采设计产量在30万t，因此在确定采煤机型号时，需要确保机械生产效率能够达到使用要求。在确定采煤机生产能力时，可以利用以下公式进行确定

(1)

其中：Qh—选煤机需要达到的最小生产能力；Qy—采煤工作面设计要求产量，在文中的生产能力要求是每年30万t的生产能力；f—生产效率调和因数，一般情况下取1.4为宜，要求设计生产能力要大于最低生产要求能力；D—实际生产天数，正常情况下生产天数为300天；T—煤炭生产时间，在煤炭生产实际中，采用三班倒的工作时间，每天工作时长在18 h；K—采煤机的开机率，一般情况下开机率选取50%。带入具体数据进行计算，得出采煤机的生产效率应该在142 t/h。

计算出采煤机的最低生产能力要求数据后，再计算采煤机的牵引速度，牵引速度计算公式为

(2)

其中，在之前的计算中，得到采煤机最低生产能力要求，Qh为142 t/h；B—矿井截深，文章设计矿井截深为0.8 m；M—煤层开采高度，在之前的介绍中，得到煤层开采高度平均在4.68 m；γ—煤层密度，设计采煤面的煤层密度为1.46 t/m3，在计算的过程中，同样引用了一个调和系数C，正常情况下调和系数取1.4为宜。

最后进行次采煤机功率计算，采煤机功率计算利用以下公式

W=60vBMkKw

(3)

式中：M—煤炭开采高度，文中设计煤炭高度为2.3 m；K—采煤机岩土掘进能力，一般情况采煤机岩土掘进系数采取1.2为宜；Kw—采煤机能耗系数，一般情况下Kw的值取2为宜。

通过计算，可以对采煤机的生产能力，牵引速度和采煤功率进行确定，结合矿井实际情况，在进行一次采全高采煤法设计时，采用金鼎公司设计开发的MG160/221-TWD交流电牵引采煤机，该采煤机具有耗能低，工作效率高，工作稳定的特点。

工作面支架设计：在煤炭开采工作面的实际操作过程中，可以通过公式对煤炭开采工作的顶板支撑相关系数进行确定，通过计算，工作面支撑的最高高度在5.5 m，支撑压力在5 779～7 705 kN之间，综合考量，在开采工作面顶板支护中，选择ZY8640/25.5/55D型液压支架进行工作面的支撑。

3 结语

根据对山西晋煤集团大峪煤业有限公司矿井15#煤层的煤层概况、地质情况以及煤炭开采的要求，将原有的综采回采的采煤方法优化设计为大采高一次采全高采煤方法。通过数据分析可以发现煤矿实际条件完全符合大采高一次采全高采煤方法的要求。通过新型采煤方法的运用，可以大大提高煤炭开采效率，提高煤炭产量，降低煤炭开采成本，为企业带来一定的经济效益。