東峽煤礦大傾角特厚煤層采煤方法比較與分析

贠東風張袁浩程文東，2范振東蘇普正王東方孟曉軍劉 柱

（1.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054；2.西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西省西安市，710054；3.教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西省西安市，710054；4.華亭煤業集團有限責任公司，甘肅省華亭市，744100；5.華亭煤業集團有限責任公司東峽煤礦，甘肅省華亭市，744100）

東峽煤礦大傾角特厚煤層采煤方法比較與分析

贠東風1，3張袁浩1程文東1，2范振東4蘇普正1，3王東方5孟曉軍1劉 柱1

（1.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054；2.西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西省西安市，710054；3.教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西省西安市，710054；4.華亭煤業集團有限責任公司，甘肅省華亭市，744100；5.華亭煤業集團有限責任公司東峽煤礦，甘肅省華亭市，744100）

基于華亭煤業集團東峽煤礦大傾角特厚煤層賦存條件，通過對走向長壁傾斜分層綜采放頂煤與水平分段綜采放頂煤采煤法的技術經濟比較與綜合分析，認為走向長壁傾斜分層放頂煤采煤法技術較優越、更為經濟合理。現場實踐也取得了良好經濟技術效果。

大傾角特厚煤層 走向長壁傾斜分層綜采放頂煤法 水平分段綜采放頂煤法技術經濟

為實現我國大傾角煤層（一般指埋藏傾角為35°～55°的煤層）安全高效開采，歷經幾代科研與技術工作者的共同努力，大傾角煤層走向長壁綜合機械化開采理論與技術體系已基本形成，針對開采難度更大的大傾角特厚煤層，采煤方法的選擇合理與否，直接影響整個礦井的生產安全和各項技術經濟指標。

甘肅華能華亭煤業集團東峽煤礦（簡稱東峽煤礦）自投產以來，先后采用過傾斜分層全部垮落下行采煤法、水平分段放頂煤采煤法和走向長壁單體支柱放頂煤采煤法等方法對該礦大傾角煤層進行回采，取得了較好的技術經濟效益。

東峽煤礦核定生產能力1.5 Mt/a，井田南部向斜軸西翼為主采區（以下簡稱西翼擴大區），賦存有大傾角特厚煤層。為攻克東峽煤礦大傾角特厚煤層安全高效回采難題，礦方與西安科技大學合作，針對煤層特殊賦存條件，經過調研論證認為走向長壁綜放與水平分段綜放這兩種采煤方法具有各自的優勢。

1　煤層賦存特征

東峽煤礦西翼擴大區地質儲量為18.28 Mt，可采儲量為12.82 Mt，主采煤層為6-2煤層，井下標高930～875 m，煤層平均厚度為19.6 m，傾角為55°～74°，平均為64°，煤的硬度系數為2～3。

目前，開采這類大傾角特厚煤層多采用水平分段放頂煤法，而走向長壁綜采放頂煤法經過多年的積極研究與試驗取得了較好的技術與經濟效果。

2　技術比較與分析

經過初步的論證得出大傾角走向長壁傾斜分層綜放與水平分段綜放對于回采東峽煤礦大傾角特厚煤層都是可行的。為了選擇更好的采煤方法，首先將大傾角走向長壁傾斜分層綜放與水平分段綜放作以技術比較。

大傾角煤層開采的核心是工作面支護系統的穩定性，水平分段綜采放頂煤法的突出優點是工作面呈水平布置，如圖1所示，工作面設備不會倒滑，且安裝回撤更容易，采煤工藝和管理都較為簡單，但是工作面長度直接受煤層厚度和傾角的制約。由于東峽煤礦西翼擴大區可采煤層平均厚度為19.6 m，平均傾角達到64°，若采用水平分段綜采放頂煤回采該區域煤炭資源，設計工作面采高為2.5 m，采放比為1∶3，需要布置7個水平分段綜放工作面，導致搬家頻繁，巷道掘進量大。工作面長僅為20 m左右，單產低，為達到礦井生產能力，勢必造成多頭多面，脊背煤損失較大。且工作面生產分散、占用人員設備多、采掘接替緊張，不利于礦井集約化生產。

圖1　水平分段綜放工作面剖面圖

相比水平分段綜采放頂煤而言，走向長壁傾斜分層綜采放頂煤便于集中生產、掘進率低、無底板脊背煤損失和單產高等優點，且工作面長度大，搬家次數少。此外，通過對走向長壁傾斜分層與水平分段綜采放頂煤巖層移動的對比研究可知，走向長壁傾斜分層開采還可減輕圍巖垮落和地表移動強度。

由于西翼擴大區煤層特厚，據頂煤冒落與其運移規律試驗研究結果，整層綜放回采頂煤較厚且冒落不充分，放出率較低。而分層綜放厚度較小，放出率較高，特別是回采下分層時能夠大量放出上分層采空區的遺煤。故決定采用沿傾斜分兩層的走向長壁綜放采煤法，上分層工作面沿分層面布置，下分層工作面沿煤層底板布置，走向長壁傾斜分層綜放工作面剖面圖見圖2。

盡管采用走向長壁傾斜分層綜采放頂煤在技術上可行，但仍有一些特殊難點需要在生產中引起重視。由于頂底板巖層的破壞移動，工作面易發生支架滑、倒及架間擠、咬現象，工作面支護系統穩定性較差，為了減緩移架時支架底座對底板的擾動，采用抬底座機構；保證工作面正常生產的關鍵在于解決支架、采煤機和刮板輸送機的穩定性問題，以及上分層底煤控制與下分層破碎頂板支護問題。

大傾角厚煤層走向長壁綜放經過多年的研究與實踐，在設備與工藝方面已比較成熟，部分技術難題得到了較好的解決，為分層綜放試驗奠定了基礎。

校企合作雙方經多次調研論證，一致認為走向長壁傾斜分層綜放采煤法具有以下技術優越性:

（1）西翼擴大區煤層硬度較大，不易片（塌）幫，有利于預防架前抽冒和支架防倒防滑。

（2）工作面ZF/5000/17/28支架工作阻力、支撐高度、支護強度等均依據東峽煤礦煤層條件設計。且設計利用雙側活動側護板和底調機構解決支架下滑、失穩后的調整難題。

圖2　走向長壁傾斜分層綜放工作面剖面圖

（3）從適應性和可靠性方面對三機進行了研究，采用牽引功率大，制動可靠性高的電牽引雙滾筒采煤機和高強度刮板輸送機，保證其在大傾角工作面正常運行。

（4）工作面偽仰斜布置，采用下行割煤、由下而上移架推溜、移架操作少降快拉和對傾倒支架采用動態扶架技術可有效解決大傾角工作面三機下滑和支護系統失穩難題，保障了工作面安全生產。

3　經濟比較與分析

若采用走向長壁傾斜分層綜放，按上、下分層布置工作面。為降低試驗技術和管理難度與風險以及受采掘接替所限，上分層工作面長度較小；待上分層回采試驗積累經驗后，再將下分層工作面加長，充分發揮走向長壁綜放的優越性。上分層工作面布置在煤層中，底板為煤層，工作面走向長1008 m，傾向長60 m，采高2.6 m，放煤高度7.3 m，采放比1∶2.8。下分層工作面沿煤層底板布置，工作面走向長1000 m，傾向長102 m，采高2.6 m，放煤高度7.1 m，采放比1∶2.7，采煤機單向割煤，兩刀一放，日推進2.4 m。分層工作面掘進量為4930 m，掘進率為34.62 m/萬t。

若采用水平分段綜放，工作面沿水平布置，分段數為7個，掘進量為15582 m。工作面長20 m，走向長1000 m，采高2.5 m，放煤高度7.5 m，采放比1∶3。采煤機單向割煤，兩刀一放，日推進4.8 m。

走向長壁傾斜分層綜放工作面長度遠大于水平分段綜放工作面，支架數量多，初期投資大，而單產量遠大于水平分段綜放工作面，收益快，利潤高。工作面主要經濟技術指標比較如表1所示。

表1　傾斜分層綜放與水平分段綜放工作面經濟技術指標比較

經濟比較表明，走向長壁傾斜分層綜采放頂煤采煤法明顯優于水平分段綜采放頂煤采煤法。前者經濟優越性主要體現在:

（1）產量、工效提高。走向長壁傾斜分層綜放工作面長度大，搬家次數少。上、下分層工作面年產量分別為43萬t和71.6萬t，工效為39.4 t/工·日和29.0 t/工·日，遠大于水平分段綜放面。

（2）萬噸掘進率、掘進費用大幅下降。水平分段綜放工作面萬噸掘進率123.08 m/萬t，遠大于傾斜分層綜放的34.62 m/萬t。

（3）利潤、投資利用率大。走向長壁傾斜分層綜放投資利潤率達403%，年利潤較水平分段綜放增加6757.1萬元。

4　現場試驗

綜合上述技術與經濟比較，大傾角特厚煤層走向長壁傾斜分層綜采放頂煤在技術上較為優越、經濟上更為合理。因此礦方決定對西翼擴大區大傾角特厚煤層采用走向長壁傾斜分層綜放，經現場實踐，取得了較好效果。

首采上分層工作面于2012年1月8日進行試生產，2013年10月回采結束并安全順利回撤。工作面累計推進1008.9 m，采出煤量54.984萬t，最高月產5.468萬t，平均月產3.055萬t，回采工效33.4 t/工·日，回采率75.9%，萬噸掘進率42.12 m/萬t。

次采下分層工作面2014年2月11日進行試生產，頂煤冒放性高，回采過程中能夠放出上分層采空區遺煤。截至2014年12月1日，生產原煤68.194萬t，平均月產6.819萬t，最高月產10.138萬t，回采工效33.5 t/工·日，回采率88.6%，無輕傷以上事故。

5　結論

（1）東峽煤礦大傾角煤層走向長壁傾斜分層綜采放頂煤在技術與經濟上較水平分段綜采放頂煤具有明顯優越性。

（2）理論計算表明走向長壁傾斜分層綜放工作面年產量與工效均大于水平分段綜放工作面，年利潤增加6757.1萬元；掘進率較水平分段綜放工作面降低88.46 m/萬t。

（3）現場實踐表明東峽煤礦大傾角特厚煤層采用走向長壁傾斜分層綜放取得了較好效果。

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（責任編輯 張毅玲）

Comparison and analysis of coal mining methods in steeply dipping and extra thick coal seam of Dongxia Coal Mine

Yun Dongfeng1，3，Zhang Yuanhao1，Cheng Wendong1，2，Fan Zhendong4，Su Puzheng1，3，Wang Dongfang5，Meng Xiaojun1，Liu Zhu1
（1.School of Energy，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；2.School of Architecture and Civil Engineering，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China；3.Key Laboratory of Western Mines and Hazard Prevention of China Ministry of Education，Xi'an，Shaanxi 710054，China；4.Huating Coal Group Co.，Ltd.，Huating，Gansu 744100，China；5.Dongxia Coal Mine，Huating Coal Group Co.，Ltd.，Huating，Gansu 744100，China）

According to the occurrence conditions of steeply dipping and extra thick coal seam in Dongxia Coal Mine of Huating Coal Group，through techno-economic comparison and analysis between longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining and horizontal section fully mechanized caving mining，the results showed that the longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining was technically superior and economically reasonable.The filed practices had achieved favorable technical-economic effects.

steeply dipping and extra thick coal seam，longwall inclined slicing and fully mechanized caving mining，horizontal section fully mechanized caving mining，techno-economic comparison

TD823

A

贠東風（1962-），男，陜西臨潼人，教授，1984年畢業于西安科技大學（原西安礦業學院），主要從事復雜煤層開采與采礦系統工程方面的教學與科研。