一種新式采煤方法的推廣與應用

原江鵬

(山西晉煤集團大峪煤業有限公司，山西 晉城 048000)

0 引言

在如今的市場環境中，煤炭價格不斷下降，對煤炭開采企業的效益形成了巨大的影響，因此提高煤炭開采水平，降低煤炭開采成本是煤炭開采企業維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]，煤炭開采率高，煤炭開采環境較好，可以有效地避免大量的人力資源和設備資源的投入，還可以防止煤炭自燃現象的發生，在煤炭市場萎縮的情況下，一次采全高采煤法對煤炭開采企業的生存具有重要的意義。

1 工程背景

1.1 煤層概況

文章涉及的煤炭開采區歸屬于山西晉煤集團大峪煤業有限公司，該煤炭開采區位于山西省長治縣大峪村一帶。整個煤炭開采區域大致呈長方形分布，整個開采區域面積在8 km2左右。

煤炭開采區域煤層為15#煤層，可開采煤層平均厚度在4.68 m，煤炭開采頂板地質成分主要是灰巖，同時會有小部分其他地質成分的存在，煤炭開采區的底部主要地質成分為泥巖和粉砂巖，地質條件比較適合一次采全高采煤法的推進。

1.2 煤層開采現狀

煤炭開采區域是以東山煤礦工業場地為基礎，進行煤炭開采場地的布置。該煤炭開采場地具有地勢平坦，遠離人口聚集地帶，公路交通狀況發達的特點。在煤礦區域具體設計中，該煤炭開采主要設立3個井筒，主開采井筒，副開采井筒，通風井筒，其中主副開采井筒采用斜井布置，通風井筒采用立井設計。

在煤炭開采設計中，主斜井為新建井筒，主斜井一次性打到開采煤層底部之下的10 m巖土之中，在主井底部設置井底煤層清理裝置，在井筒到達指定深度后平行掘進，與礦井西側的輔助運輸的煤炭巷道聯通。主斜井的主要參數為：礦井寬度4 m，礦井截面面積11.82 m2，主斜井與水平面的傾角25°。在主斜井內，裝有一臺帶式運輸機作為煤炭運輸裝置。

輔助斜井也是新建礦井，輔助斜井的主要作用為運輸矸石，煤炭開采設備和人員，同時作為井下的進風渠道和安全出口。與主斜井不同，輔助斜井的深度與煤炭開采層底部齊高，在達到設定深度時，與輔助運輸巷道聯通，輔助斜井的主要參數為：礦井寬度5 m，礦井截面面積17.32 m2，輔助斜井與水平面的傾角6°。在井筒中采用無軌膠輪車作為人員和開采工具的運輸工具。

除了主輔斜井之外，在礦井設計中，還設計通風立井。通風立井以東山煤礦場地原井口為基礎進行拓寬，通風立井的主要參數為：井筒直徑4 m，井筒截面面積9.62 m2，垂直深度73 m。

2 一次采全高采煤法設計

2.1 采煤方法選取理由

一次采全高采煤法適用條件主要有以下3點：①煤層地質條件簡單，煤層變化不大，煤層高度在6 m以下；②煤層頂板和底部地質結構穩定，能夠適合大采高支撐工具的使用強度，在進行一次采全高開采時不會隨意產生冒頂事故；③一次采全高采煤法適用于煤層穩定，具有一定的結構強度，要求煤層隨煤層開采高度的增加，不會經常性的發生片幫事故[4-5]。

進行煤炭開采的15#煤層，平均煤層厚度為4.68 m，煤層地質條件較好，煤層之間沒有其他雜質。在煤層頂板主要是石灰巖，經測量石灰巖層的平均厚度在7.9 m，在煤層底部主要是泥巖和粉砂巖，平均厚度在6 m。整個煤炭開采區域地質結構簡單，巖煤分布清晰。在對煤炭開采區域的地質情況進行勘測以及對煤炭性質和成分進行分析之后，可以得知15#煤層的煤炭性質為易自燃煤層，自燃危險等級較高，整個煤層近似于水平分布，煤層傾角在8°之內。由于在之前的開采中，缺乏統一的規劃，導致部分煤層出現采空現象，在部分煤層采空區出現積水，煤層坍塌等現象，水文地質條件具有一定的復雜性。

通過數據對比，可以發現大峪村煤礦是完全符合一次采全高采煤法的基本要求的，一次采全高采煤法優點有：①與分層綜采相比，具有生產能力大、巷道布置簡單、工序簡單、巷道掘進量和維護量小、回采工效和采出率高、噸煤成本低的優點；②與綜放開采相比，具有采出率高、含矸率低、煤塵小等優點；③工作面開采高度大，覆巖破壞范圍大，基本頂可回轉、運動的空間大，上覆穩定的砌體梁結構距采場較遠；④工作面支護強度高、動載系數小、支架工作阻力與初撐力呈多線性關系，支架圍巖受力以靜載為主。

2.2 一次采全高采煤法細節設計

回采工作面長度:在設計過程中，確定的煤炭開采工作面長度為100 m。根據煤炭分布位置，煤層的厚度和現有的煤炭開采技術水平，采用一次采全高采煤法可以達到煤礦設計生產水平。

采煤機型號選擇:煤炭開采設計產量在30萬t，因此在確定采煤機型號時，需要確保機械生產效率能夠達到使用要求。在確定采煤機生產能力時，可以利用以下公式進行確定

(1)

其中：Qh—選煤機需要達到的最小生產能力；Qy—采煤工作面設計要求產量，在文中的生產能力要求是每年30萬t的生產能力；f—生產效率調和因數，一般情況下取1.4為宜，要求設計生產能力要大于最低生產要求能力；D—實際生產天數，正常情況下生產天數為300天；T—煤炭生產時間，在煤炭生產實際中，采用三班倒的工作時間，每天工作時長在18 h；K—采煤機的開機率，一般情況下開機率選取50%。帶入具體數據進行計算，得出采煤機的生產效率應該在142 t/h。

計算出采煤機的最低生產能力要求數據后，再計算采煤機的牽引速度，牽引速度計算公式為

(2)

其中，在之前的計算中，得到采煤機最低生產能力要求，Qh為142 t/h；B—礦井截深，文章設計礦井截深為0.8 m；M—煤層開采高度，在之前的介紹中，得到煤層開采高度平均在4.68 m；γ—煤層密度，設計采煤面的煤層密度為1.46 t/m3，在計算的過程中，同樣引用了一個調和系數C，正常情況下調和系數取1.4為宜。

最后進行次采煤機功率計算，采煤機功率計算利用以下公式

W=60vBMkKw

(3)

式中：M—煤炭開采高度，文中設計煤炭高度為2.3 m；K—采煤機巖土掘進能力，一般情況采煤機巖土掘進系數采取1.2為宜；Kw—采煤機能耗系數，一般情況下Kw的值取2為宜。

通過計算，可以對采煤機的生產能力，牽引速度和采煤功率進行確定，結合礦井實際情況，在進行一次采全高采煤法設計時，采用金鼎公司設計開發的MG160/221-TWD交流電牽引采煤機，該采煤機具有耗能低，工作效率高，工作穩定的特點。

工作面支架設計：在煤炭開采工作面的實際操作過程中，可以通過公式對煤炭開采工作的頂板支撐相關系數進行確定，通過計算，工作面支撐的最高高度在5.5 m，支撐壓力在5 779～7 705 kN之間，綜合考量，在開采工作面頂板支護中，選擇ZY8640/25.5/55D型液壓支架進行工作面的支撐。

3 結語

根據對山西晉煤集團大峪煤業有限公司礦井15#煤層的煤層概況、地質情況以及煤炭開采的要求，將原有的綜采回采的采煤方法優化設計為大采高一次采全高采煤方法。通過數據分析可以發現煤礦實際條件完全符合大采高一次采全高采煤方法的要求。通過新型采煤方法的運用，可以大大提高煤炭開采效率，提高煤炭產量，降低煤炭開采成本，為企業帶來一定的經濟效益。