煤礦增層配采方案研究與工程應用

劉海田

（山西寧武大運華盛老窯溝煤業有限公司，山西 寧武036700）

山西經過多次資源整合，年產能力60萬t/a以下煤礦已經基本退出，在煤炭工業化水平大幅提高、產量集中度增強的同時，煤礦企業事故災害也得到了有效控制[1]。但在礦井兼并重組期間，由于部分優質資源枯竭，在采掘過程中地質構造復雜、陷落柱增多的情況難以避免，造成采掘接替緊張、生產原煤煤質較差，嚴重的影響著企業經濟效益。部分企業因此優先開采煤質優、煤層厚的煤炭資源，但卻不利于企業的長期發展[2]。

為解決上述難題，部分礦井采用厚薄、優劣煤層的合理配采方案，這是煤炭工業重要的技術措施之一。分析認為，搞好礦井煤層的合理配采，是對礦井長期經營穩定和保障產量的重要手段，對合理利用資源及緩和接替緊張有顯著效果。

1 礦井概述

老窯溝煤業位于山西省寧武縣，主要可采煤層包括2號、5號和6號煤層，兼并重組完成后年產達到120萬t。經探查，老窯溝礦與相鄰礦井均無發生越界開采，周邊環境良好，不會對礦井生產造成影響。

1.1 煤層特征

老窯溝礦2號煤層位于太原組頂部，煤層發育較為穩定并含有4層矸石。煤巖底板為黑色砂質泥巖、泥巖，及細砂巖與薄煤互層，富含植物化石碎片，較容易破碎，需要對巷道方面加強管理。

5號煤層位于太原組地層下段，與2號煤層有大約55 m的距離，含有多層加矸。巷道頂板主要為黑色砂質泥巖、泥巖，底板主要為泥巖、砂質泥巖，5號煤層平均距標志層K1砂巖14 m左右。

1.2 配采的提出

根據老窯溝礦地質報告鉆孔資料顯示，在井田主要可采煤層中，2號煤灰分及5號煤層全硫變化較大；2號煤層灰份介于30%~40%之間；5號煤層硫分介于1.5%~2.5%之間。目前企業為避免煤炭資源的浪費，需對50102工作面上部2號煤層進行開采，但單層開采2號煤層存在灰份較高、發熱量不高的問題，單層開采5號煤層，存在破壞2號煤層資源及高硫煤問題，無論單層開采哪一層煤，均存在市場銷售困難問題。兩層煤實現配采后，根據工作面推進度，配采后灰份平均為24.69%，硫份平均為1.47%，配采后煤質有所提高，市場銷售情況將有較大好轉，而且保護了煤炭資源。

2 配采方案及應用效果分析

2.1 開拓方案

資料顯示老窯溝礦礦為緩傾斜—傾斜的中、厚煤層，在對2號、5號煤層進行增層開采設計時，可以充分利用現有現有井筒及工業場地。最大程度上按照就近布置原則，減少初期工程量和項目投資。2號煤層首采工作面選擇為501201工作面；5號首采工作面利用現有的50102工作面，掘進工作面為50103工作面。

2.2 配采方案

在對老窯溝礦進行配采時，由于煤層賦存條件的不同，對各煤層開采方式的選擇也不盡相同。

2.2.1 2號煤層采煤方法

老窯溝礦2號煤層結構由簡單趨于復雜。根據地質資料顯示，2號煤層首采工作面的平均采厚5.7 m，普氏系數小于3，主要巖性為泥巖，因此較適合采用綜采放頂煤進行開采。

2號煤層首采工作面采用單一長壁綜采放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。采高2.5 m，最大放頂煤高度3.2 m，采放比1∶1.28。井田南部201采區2號煤層厚度小于4.0 m的區域，采用一次性采全高采煤法。局部厚度小于2.0 m的區域采用臥底開采。

2.2.2 5號煤層采煤方法

在對5號煤層首采工作面50102進行勘查發現，煤層平均厚度11.2 m，采高3.5 m。5號煤層在配采前，煤層條件及頂板冒放性沒有變化，因此適合采用長壁綜放頂煤采煤法，頂板管理為全部垮落法，最大放頂高度7.7 m，采放比1.0∶2.2。

2.3 采煤機開采方案

在對2號、5號煤層配采過程中，為保證生產速度和開采的安全性，可操作采煤機對賦存穩定的區域采用端部割三角煤的方法，由斜切進刀、往返一次割兩刀的割煤方式進行作業。

圖1 采煤機作業方案示意圖

如圖1，采煤機割煤作業設置如下：

1）在采煤機正向割煤至工作面端頭過程中，輸送機槽向煤壁移近，此時于采煤機位置留有一段下部煤。

2）滾筒方向完成第一次調換后，前滾筒降下的同時后滾筒升起，將沿輸送機彎曲段返向割入煤壁，直至將輸送機移直。

3）再次調整上、下滾筒位置，重新返回割煤至輸送機機頭處。

4）三角煤完成割煤工作后，煤壁割直，第三次調換兩個滾筒，返程正常割煤。

3 經濟效益

老窯溝礦針對本次配采項目，固定資產投資為5 100萬元，其中井巷工程3 500萬元、機電設備工程664萬元、安裝工程543萬元、其他基建費用和工程預備費分貝為316萬元和100萬元，噸煤投資約42.50元/t。

據測算，單獨開采2號、5號煤層，服務年限分別為2.2 a和19.3 a，煤礦難以形成對煤炭資源的生產優勢。增加開采2號煤層與5號煤層配采，配采后原煤灰分平均為24.69%，原煤全硫平均為1.47%，可充分發揮2號、5號號煤層各自優勢。若2號煤層按年生產能力55萬t/a，服務年限4.87a；5號煤層按年生產能力65萬t/a與2號煤層配采，服務年限4.87 a，剩余5號煤層按年生產能力120萬t/a單采，服務年限17.25 a，合理調整2號煤和5號煤產量，做好配采工作，實行高低硫高低灰煤配煤銷售，提高經濟效益，從而實現煤礦的可持續發展。

4 安全措施及建議

由于配采項目具有特殊性，2號、5號兩層煤的采掘工作需要同步進行，因此針對安全工作、生產要求、監測監控等方面有嚴格的技術措施。

防火防塵方面：由于所配采的2號、5號煤層為二類自燃煤層，都具有爆炸危險性。在配采期間要對廢棄巷道做到及時密閉，預防煤層自燃，并對巷道浮塵、采空區浮沉制定防塵措施，防治煤塵事故。

瓦斯防治方面：在配采過程中，需要對兩個煤層瓦斯定期進行瓦斯測試工作，加強井下通風，防止瓦斯局部積聚發生瓦斯事故；

巷道維護方面：注意構造帶的潛在危害，對煤巖的導水性要實時記錄，并留設合理的保安煤柱；對于井田內鉆孔，注意鉆孔封閉的完好性，并預留保安煤柱。礦井開開采過程中，受采動的影響，同時需要加強地表塌陷及地表裂縫的管理工作。

防治水方面：2號、5號煤層有采空區，采空區積水、地下水會對本礦井開拓開采具有一定的影響，當開拓掘進至采空區探水線邊界附近時，應對采空區積水情況全面掌握、系統分析，確保安全后方可進行開采。

5 配采特點

老窯溝礦在配采項目的建設實施中，將充分利用現有工業場地和地面生產系統，所必須新建擴建的設施按照項目核定能力進行建設，有以下特點值得相似礦井借鑒：

1）生產系統方面。在增層配采的開拓中，充分利用主、副井及地面工業廣場進行斜井開拓，對增層配采的2號煤層利用原有+1 200 m水平，工作面采用錯距布置，可以最大程度縮短施工工期。

2）通風系統方面。老窯溝礦2號煤層增層與5號煤層配采設計中，通風系統方面均利用現有系統并加以完善，對各個環節進行了優化，礦井的本質安全性及抗災能力得到了顯著的增強。

3）供電系統方面。老窯溝礦建有35 kV變電站1座，和兩回路電源（一用一備）。兩回電源型號相同，均為35 kV電源線路，導線型號為LGJ-240，其中主要回路引自供電距離為6.8 km的寧武110 kV變電站，備用線路引自供電距離為8.2 km的薛家洼110 kV變電站。當一回線路故障時，另一回仍能保證全礦井負荷用電。

4）緊急避險方面。集中軌道大巷布置有一個井下永久避難硐室，在501集中運輸下山與501集中材料下山之間布置有一個采區避難硐室。

6 結語

合理的配采方案是避免煤炭資源浪費、創造企業收益的重要手段。本文通過對老窯溝礦煤層、煤質的分析，制定了對2號、5號煤層的配采方案。最終實現了較好的經濟效益、社會效益和環境效益，對保證煤炭工業可持續發展，振興當地的經濟起到了積極地促進作用。