西細莊1#煤開采方法選優分析

文/嚴桂軍

西細莊1#煤開采方法選優分析

文/嚴桂軍

開灤集團蔚州礦業有限責任公司西細莊礦年產量為60萬噸，屬于中小型礦井，煤炭儲量較小。2010年后可供開采的煤層為1#煤，服務年限5~6年。1煤層為局部可采煤層，位于窯坡組一段下部。可采煤層大都集中在北部，南部基本屬于無煤區。下距奧陶統灰巖頂面1.27~18.10m，平均間距為7.86m，埋藏深度為143.59~336.50m，平均埋深243.19m，南淺北深。煤層厚度0.12~5.11m，平均厚1.95m，煤層厚度變異系數為81.69%。煤層結構復雜。現礦井正常涌水量為30t/ h~50t/h。最大涌水量為55t/h。本文就西細莊1#煤開采方法的確定進行了闡述，客觀對比分析了單體支柱、綜采自移支架和懸移支架對1#煤頂板支護的優缺點，合理確定了1#煤選用整體頂梁組合懸移液壓支架配合采煤機的采煤方法。

一、采煤方法的選擇與比較

1.綜合機械化開采的可行性分析

影響綜合機械化開采因素主要有礦井井型、煤層穩定性、構造特征、頂板巖性、煤層厚度等。1#煤目前布置的工作面有1101、1102、1103、1104、1106、1107、1110、1112、1202、1204、1206等。1#煤揭露的斷層較多，落差大，其中FY25、FY26落差大于2.0m，局部達到6.0m，該斷層穿過1102、1104工作面，造成工作面走向僅120~170m。1104、1112工作面明顯受到FY26斷層的影響，走向長度短，工作面不規則，無法使用綜采；1102、1106、1108工作面受到FY25斷層及其他斷層的影響，開采時由于頻繁過斷層、且走向較短，不適合綜采；1123、1125工作面煤層薄，煤層厚度變化大，斷層切割嚴重，架型難以選擇，且開采效益差，不適宜使用綜采。

此外，1#煤頂板巖層上部為砂巖與泥巖互層，直接頂板為泥巖，遇水軟化。煤層頂板整體上屬于厚度較小的復合頂板結構，對煤層開采不利。

綜合上述因素分析，由于1#煤斷層多、走向短、工作面不規則的特征，難以布置出走向合適的正規綜采工作面；頂板偽頂難以控制，造成大采高開采片幫嚴重，頂板局部冒頂。因此，1#煤不具備使用綜合機械化開采的地質條件。

2.簡易支架開采可行性分析

2.1頂板結構分析

根據圖1可知，0.8~0.85m的復合頂板屬于偽頂，開采時難以控制；底板為遇水軟化的泥巖，支架（柱）很容易扎底。

圖1 1#煤頂底板局部放大圖

綜合機械化開采的反復支撐與卸載很難支托住偽頂，簡易支架開采對頂板的破壞性小于綜合機械化開采，在煤層較硬的區域可托住偽頂。

2.2煤層強度分析

1#煤頂板屬于中等強度以下巖層，強度較低，單軸抗壓強度平均為60MPa，煤層抗壓強度在12MPa~ 23MPa之間，平均值為12.5MPa；煤層裂隙發育，具有分層特征。1#煤主采下部煤層，采高為2.5~2.6m，煤層直接頂板為松軟、厚度小的易破壞巖層。因此在周期來壓期間會增加片幫深度。

2.3構造分析

1#煤實際揭露落差較大、橫穿工作面的斷層較多，造成工作面走向短，最短走向僅120m，見圖2，1#煤1102面和1104面斷層圖。構造復雜、不規則工作面使用簡易支架開采更具有靈活性，避免了搬家頻繁、拆卸困難的問題。

圖2 1煤層1102面和1104面斷層圖

從煤層的客觀條件分析可知，如果采取合適的采高、選擇合理的支護強度、進行必要的頂板處理，采用簡易支架開采方法能夠實現1#煤的安全經濟開采。

二、簡易支架控制頂底板的特點分析

ZH2600/20/28ZL型整體頂梁組合懸移液壓支架，是一種介于高檔面單體支柱和綜采自移支架之間的過渡型支架。在防止頂板離層、保持支架穩定性方面，綜合比較而言，整體頂梁組合懸移液壓支架采用并列結構，移架時左、右支架互為支撐，有利于端面頂煤的維護；移架時，始終保持一個梁全長接板的有效支撐，有效阻止了頂板的離層。

1．相對于綜采自移支架的控頂特點

由于整體頂梁組合懸移液壓支架是左右梁通過四連桿機構聯接而成，移步時支柱提腿隨頂梁前移，移架過程中反復卸載支撐的次數較小，且采用半卸載移步工作方案，保證了移架過程中頂板下沉速度和下沉量較小，利于頂板的維護。而綜采自移支架由于其頂梁較寬（一般1.5m左右）、支護面積大，移架過程中支架反復卸載支撐對頂板的擾動大、頂板下沉量（下沉速度）大，從而加劇了直接頂的離層和破壞，不利于頂板維護。在對頂板的合理支護強度方面，整體頂梁組合懸移液壓支架由于重量輕、拆裝運輸方便，可以根據具體的煤層頂板條件，依據老頂巖梁來壓強度的大小，安排合理支架間距排設（設計間距一般為0.6～1.0m），比綜采自移支架更具有較強的靈活性。

2.相對于高檔面單體支柱的控頂特點

整體頂梁組合懸移液壓支架在控頂方面與單體支柱相比具有以下優點：

整體頂梁組合懸移液壓支架以頂梁及液壓系統實現對頂板的支護，各排支柱被頂梁連成整體后實現對頂板的支護，增強了支柱的穩定性和安全性。

整體頂梁組合懸移液壓支架采用整體移架支護方式，使工作面支護強度均勻；而單體支柱支撐后，經過幾個采煤循環后才卸載前移，前后排支柱阻力差別較大。由此可見，整體頂梁組合懸移液壓支架比單體支柱有利于頂板的維護。

由于整體頂梁組合懸移液壓支架的抽出式前探梁能在割煤后及時伸出維護裸露的端面頂板，割煤后支架半卸載及時前移，保證機道上方的端面頂板具有較大的支護強度，從而有利于端面頂板的維護。

與單體支柱相比，整體頂梁組合懸移液壓支架基本避免了人工支、回、搬、移支柱，以及掛卸頂梁和提拉柱鞋等工序，改善了勞動條件，實現了支護放頂機械化，安全狀況好、勞動效率高。

三、結語

為全面提升礦井采煤工藝水平，提高煤炭資源回收率，實現安全高效發展，西細莊礦在1#煤開采過程中，選擇留部分底煤、選擇相對堅硬的粉砂巖作為頂板（采掉偽頂）、控制采高2.6m以下的整體頂梁組合懸移液壓支架開采方法，取得了良好的安全及經濟效果，為礦井的后續開采奠定了基礎。

（作者單位：開灤集團蔚州礦業有限責任公司）

（責任編輯：周瓊）