復雜條件下合并煤層開采方式的可行性研究

康繼忠

（山西離柳焦煤集團有限公司，山西 孝義 032300）

1 礦井簡介

汾西礦業集團水峪煤礦有限責任公司，當前開采10和11號煤層，兩煤層是由間距和厚度不同的夾矸層摻雜其中的合并煤層。煤層傾角2～8°，屬近水平煤層[1]；煤層厚度約7m，普氏系數f=0.8。其中含夾矸7～9層，其中1號、3號、4號夾矸為窩子矸，夾矸普氏系數f=4.6，煤層節理裂隙發育。

合并煤層的直接頂為灰色泥巖、厚約1 m，為上層煤（9號煤層）直接底，其性脆，節理發育。合并煤層基本頂為K2石灰巖，厚度10m。由于上煤層已采，石灰巖基本頂結構被破壞。合并煤層直接底為巖體泥巖，均厚2 m，遇水變軟，底鼓膨脹。合并煤層基本底為泥巖，厚度8.7m，呈灰色層狀結構。

水峪煤礦合并煤層開采中，由于原有開采工藝及設備等條件的影響，當前的資源回收率受到限制。為了突破目前瓶頸，提高煤炭資源回收率和礦井生產能力，有必要進行合并煤層復雜地質條件下采煤工藝的探究。針對水峪煤礦復合煤層的地質賦存特征，開采工藝主要有分層開采、放頂煤開采、一次采全高三種。因而需從技術、經濟、安全角度進行采煤工藝可行性的比選。

2 分層開采的技術可行性研究

開采厚煤層及特厚煤層時，采用單一長壁采煤方法將會遇到困難；尤其當煤層厚度超過5 m，采場空間支護和裝備等技術較復雜[2]。合并煤層的分層開采，在我們礦區已取得較理想的效果[3-4]，針對水峪煤礦而言，其優點主要有：①開采工藝技術相對成熟，其設備投資較少。②單次采高較小，瓦斯治理等安全措施成熟，有利于上覆巖層的緩慢下沉。③選用綜采或高檔普采時，由于10、11號煤層之間夾矸的存在，分層開采有助于合理回收煤炭，提高資源利用率。④分層開采有利于減少矸石外運及地面選矸的工作量，提高了經濟效益。

相比而言，水峪煤礦合并煤層分層開采的缺點主要有：①增大巷道準備時間和巷道的掘進量。②兩煤層的平均厚度有較大差異，針對相對較薄的煤層而言，保證工作面及巷道的行人高度較為困難。③復合煤層分層開采時，為了方便下層的頂板管理，需要上層開采時進行鋪網工作。由于需要兩層煤的工作面順槽必須實行錯位掘進，因而需要留設較寬的保護煤柱。

3 放頂煤開采的技術可行性研究

20世紀50年代的開灤、大同、鶴壁、新密、峰峰等礦區已用放頂煤開采煤方法。1984年沈陽蒲河礦綜采放頂煤開采工業性實驗取得較好效果[5]。近年來，放頂煤開采取得迅速發展，很多指標達到世界水平。針對水峪煤礦而言，其優點主要有：①復合煤層放頂煤開采時，單產高，效率高。②由于（與分層開采相比）較少鋪網工序、只需使用一套設備就可完成開采工作，從而降低了成本。③巷道掘進工程量少，巷道維護費用減少，便于采掘接替，減少了工作面的搬家次數。④對節理裂隙發育、強度較低、且較易破碎冒落的10號、11號合并煤層適應性強。

放頂煤采煤方法用在水峪煤礦合并煤層開采時的主要缺點是：①兩煤層包括夾矸的總厚度約7 m，對目前國內現有設備相比，其采放比較小，開采效率受到一定限制。②合并煤層之間含有大量矸石，若放煤口設置較小可能出現大塊矸石堵塞放煤口的問題，從而降低放煤效率；若放煤口設置較大，則大量矸石和上部煤層會同時放下來，增大煤的含矸率，從而增加了煤的洗選工作量。

4 一次采全高開采的技術可行性研究

20世紀70年代我國從德國引入大采高支架及配套設備，并在開灤集團范各莊礦獲得良好應用；國產大采高綜采設備應用于80年代。目前，一次采全高綜采技術在厚煤層中得到廣泛應用[6-7]，出現了“一礦一井一面”的安全高效集約化生產模式。對水峪礦而言，大采高一次采全高開采的優點是：①一次采全高的巷道布置方便，工序簡單。②一次采全高生產能力大、效率高，工作面的搬家次數少，資源回收率高。③水峪礦合并煤層及夾矸層厚度約7m，為近水平煤層，煤層傾角較小，厚度變化不大，地質條件也較符合大采高開采，因而很有利于合并煤層的開采。④一次采全高在通風和安全生產管理方面存在技術優勢。

水峪煤礦合并煤層采用一次采全高工藝的問題有：①一次采全高需要較高高度的支架、較大功率的采煤機及配套設備，對巷道的尺寸提出較高要求，提高了一次投資的額度。②由于合并煤層夾矸的存在，開采過程中含矸率較高，提高了運矸成本。③一次采全高開采空間較大，礦山壓力很大，頂板活動劇烈，煤壁易于片幫，管理困難。④該礦地質條件較復雜，煤層中起伏的小褶曲較多，不適宜大型設備開采作業。

5 結束語

通過上述分析，針對水峪煤礦特殊條件下合并煤層開采狀況，不同開采工藝均有各自的優缺點。與分層開采相比，一次采全高具有產量高、巷道布置相對簡單、巷道維護量小、工作面搬家次數少和節約鋪網環節等優點；與放頂煤開采相比，一次采全高具有提高煤炭資源回收率，經濟效益好等優點。但是由于該區域的煤層厚度變化較大，煤層底板較軟，當前實行一次采全高的條件尚未形成。實際上，離柳集團在兌鎮煤礦11102工作面的工業性實驗結果表明，目前該礦較適宜的采煤方式為放頂煤開采[8]。

[1]國家安全生產監督管理總局,國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2011.

[2]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州：中國礦業大學出版社,2009.

[3]彭文慶,王衛軍.淺埋厚煤層分層開采保護煤柱合理寬度研究[J].煤炭科學技術,2008,36（11）:14-16,20.

[4]郭明.聯合開采技術在同煤層局部分層帶的設計實踐[J].山東煤炭科技,2011(1):78-79.

[5]胡偉.國內外綜采放頂煤狀況的分析[J].河南煤炭,1986(1):10-12.

[6]鄭存良,陳立武.厚煤層一次采全高綜采高產高效技術[J].中國煤炭,1997,24(1):29-32.

[7]李士棟,朱學軍.傾斜厚煤層一次采全高綜采工藝探討及應用[J].中國礦業,2011,20(9):92-94.

[8]和惠浦,王君.兌鎮煤礦厚煤層采煤方法選擇[J].山西煤炭管理干部學院學報,2002(3):32-33.