古城煤礦S1301工作面采煤工藝變更探究

白偉偉

(山西煤炭運銷集團長治有限公司，山西 長治 047100)

潞安化工集團古城煤礦設計生產能力800萬t/a，分兩個盤區生產，服務年限74.1 a。古城煤礦主采3號煤層，屬高瓦斯礦井。礦井地質構造簡單，水文地質條件中等。3號煤層煤塵具有爆炸危險性，不易自燃。S1301工作面屬于古城煤礦首采工作面，2012年由山西省發改委批復的初步設計中確定采煤工藝為大采高一次采全厚綜采。

2018年，古城煤礦竣工驗收前對礦井及配套選煤廠初步設計進行了變更。通過綜合考慮多方面因素，S1301首采工作面采煤法由大采高一次采全厚綜采變更為大采高放頂煤綜采。下面針對采煤工藝的變更進行分析論證。

1 S1301工作面概況

S1301工作面3號煤層埋深531～667 m，平均600 m。煤層厚度4.25～6.76 m(含夾矸)，平均厚6.34 m，含泥巖、炭質泥巖夾矸0～2層，一般1層，其中距底板約0.80 m左右的一層平均厚度為0.22 m，夾矸發育較為穩定。煤層傾角3～18°，平均5°。煤層頂板為砂質泥巖、中-細粒砂巖，煤層底板為泥巖、砂質泥巖、細粒砂巖、中粒砂巖，頂、底板均為半堅硬-堅硬巖石。

2 采煤工藝影響因素分析論證

2.1 生產能力方面

近年來，潞安化工集團下屬煤礦中的高河礦、余吾礦等礦井的綜采工作面均采用放頂煤采煤工藝，其工作面單產均能達到400萬t/a，王莊煤礦大采高一次采全厚實驗工作面單產也達到了400萬t/a。古城煤礦與上述礦井相鄰，其開采技術條件與其類似，兩種采煤工藝均有條件使工作面生產能力達到400萬t/a。

2.2 生產安全方面

3號煤層屬于較軟煤層，煤層傾角3～18°，平均5°，局部傾角大。對于大采高一次采全厚采煤法來說，煤質軟，開采過程中煤壁容易片幫；煤層傾角大容易造成支架傾倒，安全隱患較大。對于放頂煤采煤工藝來說，軟煤冒放性比較好，放頂煤支架相對低，在煤壁片幫和支架傾倒上管理難度相對較小。

2.3 回采率方面

S1301工作面3號煤層厚度4.25～6.76 m，平均6.34 m。若采用大采高一次采全厚綜采工藝，工作面回采率能達93%以上；如采用放頂煤采煤法，采煤機割煤回采率按照97%計算，頂煤回收率87%，工作面綜合回采率可達到93%.回采率方面兩種工藝均能滿足國家有關規定。但是古城全井田3號煤層厚度3.35～10.25 m ，平均厚度6.28 m，煤層厚度變化大，放頂煤開采在資源回采率方面會略有優勢。

2.4 頂煤冒放性方面

2.4.1 煤層埋藏深度

煤層埋藏深度即煤層開采深度，不同強度的煤層有不同的臨界開采深度[1]。宏觀上，開采深度小于100 m的煤層，冒放性差；開采深度大于400 m的煤層，冒放性好。古城煤礦S1301工作面3號煤層埋深531～667 m，冒放性較好，適用放頂煤開采工藝。

2.4.2 煤質軟硬度

根據國內外相關研究分析可知，礦井開采煤層的煤質軟硬度對采煤工藝的選擇至關重要。一般來說，軟煤(f≤1)可放性最好，其垮落塊度一般在0.2～0.3 m及以下；中硬煤(f=1～2)可放性較好，垮落塊度一般在0.3～0.6 m；硬煤(f≥2)的可放性最差，垮落塊度經常大于1.0 m，直接造成支架后方常有懸空頂煤，導致放出率低。

古城煤礦S1301工作面實測煤層普氏系數f為0.38～0.65，f≤1，可放性最好，適合采用放頂煤開采。

2.4.3 煤層厚度

煤層厚度對頂煤冒放性的影響，實質上是綜放工作面采放比的影響[2]。頂煤過薄，隨采隨冒，容易造成超前漏頂，頂板支護困難且影響煤質；頂煤過厚，在放煤過程中因采動影響小而不易垮落。所以，合適的采放比對頂煤冒放起到至關重要的作用。

古城煤礦S1301工作面割煤高度3.8 m，放煤高度2.54 m，采放比為1∶0.67，頂煤適中，冒放性好。

2.4.4 煤層夾矸

對S1301工作面3號煤層夾矸存在的基本情況分析可知：

1) 3號煤層中的泥巖、炭質泥巖夾矸的特點是分層厚度小，多在0.1 m以下，呈片狀垮落，且夾矸強度較低；

2) 3號煤層夾矸多位于煤層下部，在放頂煤開采中，下部夾矸多為采煤機截割，不影響冒放性；

3) 對放頂煤開采而言，0.3 m以下夾矸層多呈片狀或板狀垮落，對冒放性影響不大。

故，S1301工作面采用大采高綜采或放頂煤綜采均可。

2.4.5 煤體節理裂隙發育

煤體節理裂隙發育程度直接影響頂煤的冒放性，節理裂隙越發育，頂煤的冒放性就越好，越易放出；反之，不易放出[3]。

根據S1301工作面現場觀測可知，工作面及巷道兩幫片幫較多，煤層節理比較發育，有利于頂煤的冒放。

2.4.6 煤層瓦斯影響

根據井下現場實測S1301工作面煤層瓦斯含量最大值15.3 m3/t，為高瓦斯礦井。古城煤礦在工業場地建有地面永久瓦斯抽放泵站和地面高、低負壓瓦斯抽放系統，掘進面采用邁步式鉆場、迎頭預抽的瓦斯抽采方法，回采工作面采用本煤層預抽、高抽巷抽采的瓦斯抽采方法，老采空區全封閉抽采的瓦斯抽采方法，對巷道布置方式進行了優化，在3號煤層頂板裂隙帶內靠近回風巷一側增設1條瓦斯高抽巷，針對煤層瓦斯防治設計采取了有效的防治措施。從煤層瓦斯防治角度分析，采用大采高綜采或放頂煤綜采均可。

2.5 《煤礦安全規程》符合性

S1301工作面3號煤層屬緩傾斜、傾斜煤層，工作面采放比為1∶0.67，采區或工作面采出率達到設計規范要求，3號煤層瓦斯預測為高瓦斯，頂板較軟，冒放性較好，水文地質類型為中等，放頂煤開采不存在導通地表水、老窯積水和強含水層。

2.6 實踐經驗方面

古城煤礦周邊的潞安化工集團下屬常村煤礦、王莊煤礦、余吾煤礦、高河煤礦等都采用綜采放頂煤開采法。相對來說，潞安化工集團在綜采放頂煤技術的應用上開發較早、技術嫻熟、隊伍成熟。在煤層地質和生產能力允許的條件下推薦S1301工作面采用綜采放頂煤開采法。

3 結 語

綜上所述，古城煤礦S1301首采工作面采用綜采放頂煤采煤法可以實現安全生產、高產高效、節約投資的目標，同時借鑒周邊高河礦、余吾礦超長工作面的生產經驗，設計變更中推薦S1301首采面采煤方法由大采高一次采全厚調整為綜采放頂煤采煤法是可行的。

古城煤礦2019年底竣工驗收，目前已安全生產近兩年。實踐也證明，綜采放頂煤采煤法在S1301工作面應用可行。