杭来湾煤矿302盘区厚煤层采煤方法选择研究

冯 超

(陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

采煤方法的选择受煤层厚度和倾角、围岩特性、煤层埋深、顶板管理方法、煤炭产量、采煤成本和劳动效率等诸多因素影响[1-3]。科学合理的采煤方法直接关系煤炭资源的回收和企业的安全、稳定高效发展，是矿井开采设计中的重点内容[4-6]。根据周边煤矿调查情况，综采放顶煤开采和一次采全高综采在神东矿区取得了良好的效果，矿井实现了高产高效发展[7-10]，在全国逐渐推广应用，并取得了显著的成效。本文在分析杭来湾煤矿302盘区地质条件、煤层变化特征、资源回收率、生产效率等开采因素的基础上，对比和分析了分层大采高综合机械化开采、综合机械化放顶煤开采和一次采全高大采高综合机械化开采的可行性和优缺点[11-12]，确定了科学合理、安全高效的采煤方法，为矿井302盘区的开采提供了技术保障。

1 矿井概况

杭来湾井田位于榆林市榆阳区金鸡滩镇，井田面积90.364 km2，全井田3号煤共划分为4个盘区，302盘区为301盘区的接续盘区，位于井田西北部，北、西以井田边界为界，南部以303盘区边界为界，东部以3号煤中央大巷煤柱为界。盘区东北至西南长约5.6 km，西北至东南宽约4.5 km，面积约25.1 km2。302盘区仅含3号煤层，3号煤层厚度6.34～8.14 m，平均7.46 m。煤层底板标高在+1 000～+1 047 m之间。煤层由东南向西北缓倾。局部含1～2层0.05～0.46 m的泥岩、碳质泥岩夹矸。直接顶板以泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩为主，含少量细粒-粗粒长石砂岩。直接底板以粉砂岩、泥岩为主，少量细-粗砂岩、碳质泥岩。3号煤煤层倾角小于0.5°，厚度变化稳定，结构简单，全井田可采，其中302盘区地质储量278.57 Mt，可采储量176.60 Mt。302盘区设计生产能力为8.0 Mt/a，矿井采用“一井一面”的方式达产。

2 厚煤层采煤方法现状及周边矿井调查

通过对我国厚煤层采煤方法发展现状的分析，并通过对周边与本矿井类似开采条件的矿井回采情况进行了大量的调研和总结，概括起来周边矿井采用的采煤方法主要包括：一次采全高大采高综采、分层大采高综采和综采放顶煤开采3种采煤方法。

2.1 分层大采高综采

当煤层特厚、一次性采全高采不完时采用分层大采高综采。分层大采高采煤方法正在许多矿井中使用，如杭来湾矿301盘区煤层厚度8.27～10.66 m，平均厚度9.13 m，采用分层大采高综采开采，设计采高5m，倾向长度299.1 m，推进长度4 313 m，埋藏深度213～225 m，倾角0.4°～0.6°；金鸡滩煤矿一盘区东翼煤层厚度8.79～12.49 m，平均厚度9.4 m，采用分层大采高综采开采，设计采高5.8 m；榆树湾煤矿采用分层大采高综采的采煤方法；金鸡滩一盘区东翼采用分层大采高，上分层采高5.8 m。另外，矿区的曹家滩和小保当一号井设计推荐的采煤方法也是分层大采高综采。

2.2 综采放顶煤开采

综采放顶煤采煤法是在开采厚煤层和特厚煤层时，一般沿煤层的底板布置一个采高为4～5 m的综合机械化采煤工作面，利用矿山压力、人工爆破、水力压裂等方法，将剩余顶煤破碎后从支架后方落入刮板运输机，然后由刮板运输机运出工作面，该方法是厚煤层实现高产高效的主要选择之一。矿井周边的双山煤矿工作面煤厚8.16～11.38 m，平均厚度9.9 m，设计割煤高度4.8 m，放顶高度5.1 m；柳巷煤矿煤层厚度9.87～11.77 m，平均厚度10.5 m，采用综采放顶煤进行回采，设计割煤高度3.8 m，放煤高度6.7 m；麻黄梁煤矿煤层厚度7.55～10.36 m，平均煤厚9.2 m，割煤3.8 m，放煤高度5.4 m，这些周边矿井采用综采放顶煤开采的采煤方法都取得了成功。

2.3 大采高一次采全厚综采

大采高一次采全厚采煤法是指开采厚度超过3.5 m的综合机械化采煤法。目前榆神矿区已出现多个一次采全高大采高综采，如神东补连塔煤矿世界首个7 m大采高工作面，工作面年产达1 300万t；陕西煤化工集团红柳林煤矿平均采高6.8 m，工作面年产1 200万t；另外周边上湾煤矿设计采高7 m，曹家滩煤矿设计采高7.0 m，薛庙滩煤矿设计采高6.2 m，白鹭煤矿设计采高6.8 m，金鸡滩煤矿设计最大采高8.0 m，大采高一次采全厚的开采方法已经逐渐在杭来湾矿井周边开始应用。

3 302盘区采煤方法分析

根据榆神矿区和周边生产矿井厚煤层开采现状，结合杭来湾煤矿地质条件和煤层赋存情况，认为杭来湾煤矿302盘区3号煤厚煤层可采用的采煤方法有以下3种：分层大采高综合机械化采煤方法、放顶煤综合机械化采煤方法和一次采全高大采高综合机械化采煤方法。下面对上述3种采煤方法的优缺点及可行性进行分析。

3.1 分层大采高综合机械化采煤法

根据分层顶板形成条件不同，分层综采可分为3类：人工假顶分层综采、留煤皮假顶分层综采和再生顶板分层综采。由于302盘区平均煤厚7.46 m留煤皮假顶分层综采导致下分层较薄，且增大了煤炭资源的损失，首先排除。现对其他2种分层综采方法进行分析。

3.1.1 倾斜分层金属网假顶综合机械化采煤法

优点：工作面单产高、一井一面可实现800万t产能；与一次采全高相比工作面投入少，煤壁片帮少、容易控制；资源回收率高，厚煤层回采率可达95%以上，并且有效地降低了导水裂隙带发育高度，可以实现保水开采的目的。

缺点：主要是巷道掘进率高，生产成本增加，下分层煤炭易自然发火、下分层巷道维护困难。

3.1.2 倾斜分层大采高复合假顶综合机械化采煤法

优点：工作面单产高、较一次性采全高相比工作面投入少，煤壁片帮少，容易控制；煤炭回收率高，厚煤层回采率可达95%以上；可有效地解决煤层开采时的顶板支护和采空区处理问题，有利于实现安全生产。

缺点：巷道掘进率高、维护困难，容易造成工作面接续紧张、采掘失调；开采下分层工作面顶板和巷道维护、管理困难，分层综采较整层开采效率低；同样情况下开采易造成采空区漏风，防治煤层自燃难度大。

因此，302盘区因煤层厚度受限，不宜采用分层大采高综采。

3.2 放顶煤综合机械化采煤法

放顶煤开采是一种高产、高效、安全、低耗、经济效益好的采煤方法。与分层开采和大采高开采相比，放顶煤开采具有以下优缺点。

优点：对煤层厚度变化及地质条件具有较强的适应性；降低吨煤成本，提高工作面生产效率；改善了易自燃煤层的管理；顶板控制问题较少；有利于设备的维护和保养，延长设备使用寿命；有利于合理集中生产，一次采出煤厚增加，工作面出煤点多，增加了煤层的开采强度，单产高。

缺点：煤炭损失大，在目前的技术水平条件下，放顶煤开采的工作面煤炭采出率一般比分层开采低10%左右；煤尘大，在放顶煤工作面，煤尘比分层开采高1～2倍以上。采煤机割煤、支架操作时的架间漏煤及放煤均为粉尘的来源。高位放煤时放煤工序产生的粉尘较大，顶煤破碎严重时架间漏煤产生的粉尘也会对工作面产生影响。在低位放煤时，工作面粉尘尤其是呼吸性粉尘主要来源仍然是采煤机割煤；瓦斯易积聚，隐患较大，与分层开采相比，放顶煤开采的产量集中，瓦斯散发面大，来源于煤壁、采落的煤炭、采空区、放煤口放落的煤炭和支架顶部已断裂的煤壁。因此，同一煤层，综放面比分层综采面的瓦斯涌出量要大；冒裂带比综采工作面发育高，一般来说采空区涌水量大。

结合302盘区的地质条件及顶煤冒放性评价，总的来说302盘区采用综采放顶煤的冒放性一般，可采用放顶煤开采。

3.3 一次采全高大采高综合机械化采煤法

近年来，随着大采高综合机械化采煤法在设备、技术和管理等方面的不断发展成熟，大采高综采采煤在降低掘进率，缓和采掘关系、简化生产环节、提高生产效率等方面优势逐渐显现，但是大采高设备稳定性较差，对煤层条件要求较高，现对大采高优缺点进行分析。

优点：工作面产量和效率大幅度提高，增产潜力大；回采巷道的掘进量比分2层综采减少了一半，掘进费用低；工作面搬家周期延长，搬家费用明显降低；工作面设备较少，采掘工序简单，容易管理；同放顶煤综采相比，原煤含矸率低，经济效益较好，煤炭回收率高。

缺点：根据目前国内最新最成熟技术及装备水平，回采煤层最大厚度在7 m以下，对于超过7 m的厚煤层，仅在金鸡滩煤矿采用；煤层赋存条件要求比较严格，仅适用于缓倾斜煤层，煤层稳定，顶底板条件较好的煤层；采高增加后，液压支架重量也加大，同时采煤机和运输机重量也加大，设备搬迁和安装比较困难，辅助运输成本增加；采高大，工作面煤壁松软时易片帮，大采高工作面开采过程中，采煤机通过前后通常发生煤壁片帮，片帮煤过多、过大时会压死溜槽链子；可能砸坏电缆槽，损伤采煤机链带或电缆；还可能阻塞采煤机通过，卡在转载机进料口堵塞煤流，影响设备正常运转。煤壁片帮也给人员、设备带来一定的危害，易诱发冒顶事故，严重影响了大采高综采工作面的产能和效能，对其有效地控制成为大采高综采工作面现场管理的重点和难点；设备投资高，巷道断面大，掘进费用高，巷道维护成本增加。

通过对302盘区煤层倾角、煤层硬度、煤层厚度、煤层埋深、顶底板条件等方面的分析，认为从地质条件看，302盘区适宜采用大采高综采。

4 结论

通过对杭来湾矿井302盘区采煤方法的对比分析和论证，认为杭来湾煤矿302盘区采用的一次采全高大采高综采或综采放顶煤进行开采，可以最大限度地提高煤炭采出率，减小设备投入、降低巷道掘进率和工作面搬家周期，提高矿井整体经济效益。