金谷煤業極近距離煤層聯合開采研究

張志偉

（山西安煤礦業設計工程有限公司，山西 太原 030006）

山西古縣金谷煤業有限公司下組煤為近距離煤層群，在部分塊段存在煤層合并情況。選擇合理的采煤方法及工藝，保證礦井的安全及正常接替，是影響礦井持續穩產高產的一個難題。作為該礦建井設計階段的主設計人，對該礦極近距離煤層開采進行了研究，并提出了合理的采煤方法[1]。

1 概況

山西古縣金谷煤業有限公司設計生產能力60萬t/a，服務年限30a。礦井位于山西省古縣古陽鎮白素-澤泉村，古陽-江水平村一帶，行政區劃分屬古陽鎮白素村、古陽村管轄。

井田地層呈走向北東、傾向南東的單斜構造，傾角一般在6～15°之間。據鉆孔資料和礦井采掘揭露的實際資料顯示，發育3條褶曲，27條斷層，15個陷落柱，構造復雜程度屬簡單類，區內未見巖漿巖侵入。

井田內主要可采煤層有2#、9#、10#、11#煤層，其中9#煤層為大部可采煤層，10#、11#煤層為全區穩定可采煤層。9#煤層厚度在0.62～1.25m，平均厚度0.93m，10#煤層厚度在0.74～2.85m，平均厚度1.40m，11#煤層厚度在1.01～2.55m，平均厚度1.54m。礦井投產前期主采9#、10#煤層，兩層煤層間距在0～4.80m，平均為2.41m。9#、10#煤層夾矸等厚線示意如圖1所示。

圖1 9#、10#煤層夾矸等厚線示意圖

2 采煤方法及工藝選擇

對于9#、10#煤層采煤方法及工藝可供選擇的有綜采放頂煤（采10#煤放9#煤）和綜采一次采全高。綜采放頂煤采高一般在2.5m左右，采放比一般在1:2以上。該礦如果采用綜采放頂煤，將使大量的矸石隨煤流一起進入篩分車間，增加了運輸、后續處理成本。而且隨著采掘區域的延伸，在井田東部僅夾矸厚度接近5m，9#煤頂板為K2石灰巖，屬堅硬頂板，對放頂煤不利，所以綜采放頂煤不適合該礦。

如果按照常規思路，9#、10#煤層分別布置綜采一次采全高工作面，由于該礦9#、10#煤層薄、間距小，在井田西部很有可能因上部9#煤層采空后引起下部10#煤層頂板破碎而導致無法支護，容易與采空區貫通，造成漏頂、漏風，影響礦井的安全生產，導致10#煤層無法正常回采，造成煤炭資源的浪費。所以有必要針對9#、10#煤層采煤方法及工藝在綜采一次采全高的基礎上進行優化。

2.1 井下采區劃分

根據等厚線圖可知，井田內9#、10#煤層夾矸厚度總體變化趨勢是由西向東逐漸變厚。在4、5號拐點連線及其延長線以西區域9#、10#煤層夾矸厚度均在1.25m以下，而煤層及夾矸總厚度在3.8m以下。結合現階段煤炭采掘設備情況，設計將井田4、5號拐點連線及其延長線以西區域內（以下簡稱西區）的9#、10#煤層作為合并層開采，采用長壁綜采一次采全高采煤法，頂板管理采用全部垮落法。4、5號拐點連線及其延長線以東區域內由于9、10號煤層夾矸厚度逐漸變大，采用常規綜采一次采全高采煤方法，10#煤順槽支護工藝上采用工字鋼梯形棚支護。

2.2 合并開采區主要設備選型分析及結果

根據該礦9#、10#煤層合采的特殊性，參考9#、10#煤層夾矸等厚線圖及鉆孔資料分析，井田西區內純煤厚度平均為2.05m，夾矸厚度平均為1.00m，純煤厚度與夾矸厚度比值約為2:1。根據礦井地質報告，9號煤層視密度為1.39t/m3，10號煤層視密度為1.45t/m3，10號煤層頂板（9號煤層底板）為泥巖，視密度為2.5t/m3。由此計算，9、10號煤層合采時，每采出1m3產品，其中成分為：

所以，每年所采出的產品中，原煤與夾矸的比例為1.136:1。為了保證礦井原煤產量，必須相應的加大采煤機、刮板機等主要設備及環節能力[2]。該礦核定生產能力為60萬t/a，以此推算，9、10號煤層合采時，各環節設備能力應能達到120萬t/a左右，這樣工作面每年可產出純煤約60萬t/a。

在此基礎上，井田西區回采工作面主要設備配套見表1。

表1 工作面及主要運輸設備配套表

2.3 合并開采區頂板管理措施

（1）回采工作面初次放頂及收尾，必須制定安全技術措施，作業規程中要明確頂板管理方法、控頂距、初次來壓和周期來壓的特殊支護方式，以及初采初放和臨近停采線時的頂板管理措施[3]。

（2）加強直接頂初次垮落及老頂初次來壓期間的頂板管理，管理人員現場跟班，指揮工作面初次放頂作業，直至初放結束。

（3）在頂板來壓期間，液壓支架完好達到作業規程之規定，使支架處于良好的支護狀態。

（4）由于9號煤層頂板為堅硬石灰巖頂板，回采中要加強對工作面推進長度內頂板巖性的研究和冒落性評價，難以冒落時設計采用超前深孔預裂爆破的方式處理堅硬頂板。

3 地面配套處理系統

由于采煤方法及工藝的調整，根據煤質分析，原煤灰分將達到52.03%，所以應同期建設配套選煤廠，在選煤廠中單獨設置預先排矸環節，保證最終產品的質量。

4 結 論

（1）采用文中的采煤方法及工藝，已成功回采了10901、10902兩個工作面，平均月產達9.2萬t。開采實踐驗證了極近距離煤層合并開采的可行性，為類似地質條件下的煤層開采及設備選型積累了經驗。

（2）極近距離煤層合并開采時，考慮到在生產過程中需截割、運輸巖石，因此應適當加大主要生產設備的能力。

（3）極近距離煤層合并開采時，由于混入大量的矸石，會影響煤質，因此最好建設配套選煤廠或者增加預先排矸系統，確保礦井的效益最大化。