金谷煤业极近距离煤层联合开采研究.pdf

92020 年第 3 期 金谷煤业极近距离煤层联合开采研究 张志伟 （山西安煤矿业设计工程有限公司，山西 太原 030006） 摘 要 本文针对山西古县金谷煤业有限公司 9、10极近距离煤层回采进行了研究。通过调整采煤工艺、工作面参数， 将夹矸厚度小于 1.25m 区域作为合并层开采，实现了该矿极近距离煤层的安全回采，避免了资源浪费，为类似条件下煤层 回采提供参考。 关键词 近距离 联合 采煤 方法 中图分类号 TD823.81 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.03.004 Study on Combined Mining of Extremely Close Seam in Jingu Coal Industry Zhang Zhi-wei （Shanxi Anmei Coal Industry Design Engineering Co., Ltd., Shanxi Taiyuan 030006） AbstractIn this paper, the mining of 9、10 extremely close coal seam in Jingu Coal Industry of Shanxi Province is studied. By adjusting the mining technology and working face parameters, the area with gangue thickness less than 1.25m is taken as the combined layer mining, and the safe mining of very close coal seam in this mine is achieved, which avoids the waste of resources and provides a reference for coal seam mining under similar conditions. Key words close range combined coal mining 收稿日期 2019-09-19 作者简介 张志伟（1987-），山西长治人，采矿工程师，主要 从事煤矿设计、咨询及管理等方面的研究和工作。 山西古县金谷煤业有限公司下组煤为近距离煤 层群，在部分块段存在煤层合并情况。选择合理的 采煤方法及工艺，保证矿井的安全及正常接替，是 影响矿井持续稳产高产的一个难题。作为该矿建井 设计阶段的主设计人，对该矿极近距离煤层开采进 行了研究，并提出了合理的采煤方法 [1]。 1 概况 山西古县金谷煤业有限公司设计生产能力 60 万 t/a，服务年限 30a。矿井位于山西省古县古阳镇 白素 - 泽泉村，古阳 - 江水平村一带，行政区划分 属古阳镇白素村、古阳村管辖。 井田地层呈走向北东、倾向南东的单斜构造， 倾角一般在 615之间。据钻孔资料和矿井采掘揭 露的实际资料显示，发育 3 条褶曲，27 条断层，15 个陷落柱，构造复杂程度属简单类，区内未见岩浆 岩侵入。 井田内主要可采煤层有 2、9、10、11煤层， 其中 9煤层为大部可采煤层，10、11煤层为全区 稳定可采煤层。9煤层厚度在 0.621.25m，平均厚 度 0.93m，10煤层厚度在 0.742.85m，平均厚度 1.40m， 11煤层厚度在1.012.55m， 平均厚度1.54m。 矿井投产前期主采 9、10煤层，两层煤层间距在 04.80m，平均为 2.41m。9、10煤层夹矸等厚线 示意如图 1 所示。 图 1 9、10煤层夹矸等厚线示意图 102020 年第 3 期 2 采煤方法及工艺选择 对于 9、10煤层采煤方法及工艺可供选择的 有综采放顶煤 （采10煤放9煤） 和综采一次采全高。 综采放顶煤采高一般在2.5m左右， 采放比一般在12 以上。该矿如果采用综采放顶煤，将使大量的矸石 随煤流一起进入筛分车间，增加了运输、后续处理 成本。而且随着采掘区域的延伸，在井田东部仅夹 矸厚度接近 5m，9煤顶板为 K2 石灰岩，属坚硬顶 板，对放顶煤不利，所以综采放顶煤不适合该矿。 如果按照常规思路，9、10煤层分别布置综采 一次采全高工作面，由于该矿 9、10煤层薄、间 距小，在井田西部很有可能因上部 9煤层采空后引 起下部 10煤层顶板破碎而导致无法支护，容易与 采空区贯通， 造成漏顶、 漏风， 影响矿井的安全生产， 导致10煤层无法正常回采， 造成煤炭资源的浪费。 所以有必要针对 9、10煤层采煤方法及工艺在综 采一次采全高的基础上进行优化。 2.1 井下采区划分 根据等厚线图可知，井田内 9、10煤层夹矸 厚度总体变化趋势是由西向东逐渐变厚。在 4、5 号拐点连线及其延长线以西区域 9、10煤层夹矸 厚度均在 1.25m 以下，而煤层及夹矸总厚度在 3.8m 以下。结合现阶段煤炭采掘设备情况，设计将井田 4、5 号拐点连线及其延长线以西区域内（以下简称 西区）的 9、10煤层作为合并层开采，采用长壁 综采一次采全高采煤法，顶板管理采用全部垮落法。 4、5 号拐点连线及其延长线以东区域内由于 9、10 号煤层夹矸厚度逐渐变大，采用常规综采一次采全 高采煤方法，10煤顺槽支护工艺上采用工字钢梯 形棚支护。 2.2 合并开采区主要设备选型分析及结果 根据该矿 9、10煤层合采的特殊性，参考 9、10煤层夹矸等厚线图及钻孔资料分析，井田西 区内纯煤厚度平均为2.05m， 夹矸厚度平均为1.00m， 纯煤厚度与夹矸厚度比值约为 21。根据矿井地质 报告，9 号煤层视密度为 1.39t/m3，10 号煤层视密 度为 1.45t/m3，10 号煤层顶板（9 号煤层底板）为 泥岩，视密度为 2.5t/m3。由此计算，9、10 号煤层 合采时，每采出 1m3产品，其中成分为 M煤1.391.452.84t M矸2.5t M煤/M矸2.84/2.51.136/1 所以，每年所采出的产品中，原煤与夹矸的比 例为 1.1361。为了保证矿井原煤产量，必须相应的 加大采煤机、刮板机等主要设备及环节能力 [2]。该 矿核定生产能力为 60 万 t/a，以此推算，9、10 号 煤层合采时，各环节设备能力应能达到 120 万 t/a 左右，这样工作面每年可产出纯煤约 60 万 t/a。 在此基础上，井田西区回采工作面主要设备配 套见表 1。 表 1 工作面及主要运输设备配套表 序号设备名称设备型号备注 1液压支架ZY6800/18/35 工作面布置 85 架，支护 强度0.800.83MPa 2采煤机MG300/700-WD 采高 2.14.1m，截深 800mm，总装机功率 700kW 3刮板输送机SGZ800/800输送能力 1500t/h 4转载机SZZ800/200输送能力 1800t/h 5破碎机PLM2000 破碎能力 2000t/h，功率 160kW 6 主运带式输 送机 DTL100/65/2315 带宽 1000mm，运输能 力 650t/h，电动机 2 台、 功率 315kW 2.3 合并开采区顶板管理措施 （1）回采工作面初次放顶及收尾，必须制定 安全技术措施，作业规程中要明确顶板管理方法、 控顶距、初次来压和周期来压的特殊支护方式，以 及初采初放和临近停采线时的顶板管理措施 [3]。 （2）加强直接顶初次垮落及老顶初次来压期 间的顶板管理，管理人员现场跟班，指挥工作面初 次放顶作业，直至初放结束。 （3）在顶板来压期间，液压支架完好达到作 业规程之规定，使支架处于良好的支护状态。 （4）由于 9 号煤层顶板为坚硬石灰岩顶板， 回采中要加强对工作面推进长度内顶板岩性的研究 和冒落性评价，难以冒落时设计采用超前深孔预裂 爆破的方式处理坚硬顶板。 3 地面配套处理系统 由于采煤方法及工艺的调整，根据煤质分析， 原煤灰分将达到 52.03，所以应同期建设配套选煤 厂，在选煤厂中单独设置预先排矸环节，保证最终 产品的质量。 4 结 论 （1）采用文中的采煤方法及工艺，已成功回采 了 10901、10902 两个工作面，平均月产达 9.2 万 t。 开采实践验证了极近距离煤层合并开采的可行性，为 类似地质条件下的煤层开采及设备选型积累了经验。 （2）极近距离煤层合并开采时，考虑到在生 （下转第 12 页） 122020 年第 3 期 产过程中需截割、运输岩石，因此应适当加大主要 生产设备的能力。 （3）极近距离煤层合并开采时，由于混入大 量的矸石，会影响煤质，因此最好建设配套选煤厂 或者增加预先排矸系统，确保矿井的效益最大化。 技术可靠但经济不合理。工程实践表明，煤壁片帮 上部煤体垮落、架前顶板悬空暴露是导致架前冒顶 的主要原因，确定以加固煤体的上部煤壁为主，提 高下位机采煤层煤体稳定性，达到控制顶煤、顶板 的目的。注浆加固单孔材料渗透范围大，能显著提 高破碎体的整体性，可用于各种破碎煤岩体加固， 但材料消耗量大，成本高。聚氨酯木锚杆锚注加固 依靠材料自身膨胀压力使加固材料渗透到钻孔周围 破碎煤岩体裂隙的一定范围，提高破碎体的稳定性， 材料消耗少，可显著减低工程成本。受单孔有效作 用范围限制，适用于具有一定强度和块度且离层不 明显的破碎体加固。 1306 工作面破碎带不同区域煤体松散程度和块 度差异较大，超前加固区煤体松散离层，断层带煤 体块度小，褶曲内部煤体块度较大。井下试验确定 超前加固和工作面内部断层带进行注浆加固提高煤 体整体性，工作面内部褶曲构造区采用聚氨酯木锚 杆锚注加固，提高煤壁稳定性。 2.2 施工工艺 （1）注浆加固施工工艺。采用注浆泵将化学 浆液注到煤岩体的裂隙之中，可以有效提高破碎煤 岩体的完整性和强度。注浆加固施工工艺主要包括 钻孔、封孔、注浆 3 道工序。 （2）聚氨酯木锚杆锚注加固。采用机械法将 聚氨酯化学加固材料灌入到钻孔内，利用聚氨酯化 学加固材料的反应膨胀去填充破碎煤岩体的裂隙， 实现加固作业。加固施工工艺主要包括钻孔、装入 锚杆及注浆塑料管、封孔、灌浆 4 道工序。 （3）架前高冒充填施工工艺。在架前形成的 高冒空间区域位置内，注入填充化学泡沫材料，利 用化学泡沫材料的发泡能力实现冒顶预防。架前高 冒充填施工工艺主要包括棚顶、充填 2 道工序。 3 应用效果 （1）1306 工作面破碎带采用化学注浆和聚氨 酯木锚杆锚注加固等不同的工艺，技术可靠，经济 合理，在保证工程效果的同时，比单一化学注浆加 固工程成本降低 88，日产量提高了 14.5，回采 工效提高 212。 （2）1306 工作面破碎带加固后，保证了安全 生产，无冒顶等安全事故发生。该技术除了在 1306 工作面进行实践应用外，同时也在该煤矿 1308 工 作面切眼刷大工程中进行了实践应用，效果同样比 较理想。 【参考书目】 ［1］ 樊勇 . 综采工作面注浆加固技术实践 [J]. 煤， 2010，19（s1）43104. ［2］ 魏军贤，王安舍，申文彪 . 注浆加固技术在煤矿 综放回采中的应用 [J]. 矿业安全与环保，2010， 37（01）69-7174. ［3］ 冯志强 . 破碎煤岩体化学注浆加固机理分析及应 用 [J]. 煤炭科学技术，2008（10）32-3558. ［4］ 冯志强 . 破碎煤岩体化学注浆加固材料研制及渗 透扩散特性研究 [D]. 煤炭科学研究总院，2007. ［5］ 宁宇 . 煤岩体化学加固作用的力学原理分析 [J]. 煤炭科学技术，1996（05）36-4058. ［6］ 王志清，肖亚宁，万世文 . 综放孤岛工作面复合 构造破碎带化学加固技术 [J]. 煤炭科学技术， 2005（04）18-21. （上接第 8 页） 了资源回收率，具有良好的安全和社会效益。 【参考文献】 ［1］ 张宇，陈占清 . 沿空留巷围岩受力变形特征及其 支护优化设计 [J]. 煤炭工程，2018，50（10） 130-133. ［2］ 初艳鹏，孟海军，陈俊民 . 护巷煤柱合理宽度 留设的理论分析与实践 [J]. 矿业安全与环保， 2013，40（01）85-88. （上接第 10 页） 【参考文献】 ［1］ 刘玉军 . 极近距下部煤层采煤工艺特点及措施研 究 [J]. 科技与企业，2013（14）226. ［2］ 朱玉宽 . 惠安煤矿采煤方法及设备选型的探讨 [J]. 山西煤炭，2014，34（12）42-43. ［3］ 安鹤龙 . 采煤工作面初次放顶的技术管理 [J]. 煤 炭技术，2004（04）63-65.