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关于王家岭矿井采煤方法的选择 摘要介绍了各种厚煤层采煤方法的优缺点，并结合王家岭矿井特点，选择了合适的采煤方法。 关键词采煤方法；放顶煤综采法；分层综采法 中图分类号TD823.4文献标识码A 王家岭矿井属于新建的大型矿井，设计生产能力为500万t／a。其设计指导思想为紧密结合井田特点，依靠科技进步和技术创新，把王家岭矿井建设成为“高水平、高质量、高效率、高效益”的特大型现代化矿井。王家岭矿井设计采用了较为先进的主斜井、副立井混合开拓方式。 主斜井装备采用当代最先进的大倾角胶带输送机，实现煤炭连续运输，利用其检修道升降矿井特大、重型设备和长材料；副立井装备为一对非标大罐笼，小型无轨胶轮车辆直接进、出罐笼，实现了普通材料、设备等从地面到井下工作面的不摘钩连续运输，其环节少、速度快、能力大，并简化了车场系统及铺轨工程。矿井移交生产及达到设计生产能力时布置一个采区一个工作面保证矿井的产量，井巷工程量23 058.8 m，掘进指标46.1 m／万t，建井工期24个月。 1首采区地质概况 根据井田开拓部署，结合矿井规模和采煤工作面装备水平，矿井移交生产和达到设计生产能力时，共布置一个生产采区，为一采区。其位于井底车场附近，钻孔密，储量较为可靠，地质构造及水文地质条件较简单，煤层赋存较稳定、厚度大，对矿井及早达产和稳产高产均十分有利。 一采区走向平均5.0 km，倾斜宽3.06 km，煤层厚度为6.5 m～10.0 m，平均厚度7.0 m，煤层倾角6左右。矿井初期开采4号煤层，该煤层全区钻孔揭露其可采厚度为3.15m～10.20 m，平均厚7.00 m，呈北厚南薄之势；煤层结构较复杂，含矸1～5层，多为2～3层，夹矸岩性以泥岩、砂质泥岩为主。煤层顶板为砂质泥岩、粉砂岩及泥岩，有时为中、粗砂岩，底板为高岭质泥岩及粉、细砂岩。地质构造简单，适宜机械化开采。 2采煤方法的选择首采4号煤层瓦斯含量较高，矿井属高瓦斯矿井，有煤尘爆炸危险性；煤层不易自燃，地质构造和水文地质条件简单，从煤层赋存及开采技术条件分析，结合矿井建设规模，比较适合的采煤方法有放顶煤综采开采和分层综采开采两个方案。其优缺点分述如下 2.1放顶煤综采采煤法 放顶煤综采采煤法在我国巨厚煤层中已得到了推广使用，成功范例有兖州矿区兴隆庄矿、华亭矿区华亭煤矿、山西潞安矿区常村矿及阳泉矿区一矿等，其单产目前已超550万t／a，国产设备已经相当成熟。实践已证明在巨厚煤层中采用放顶煤开采有明显的优越性，刚投产的河曲鲁能上榆泉矿井和正建的大同煤矿集团塔山矿井煤层赋存条件及开采技术条件与本矿相似，均拟采用放顶煤综采采煤方法。 目前我国已经成为世界上综采放顶煤开采技术发展最快、拥有放顶煤液压支架数量最多的国家。 （1）放顶煤综采采煤法特点为设备国产化，不需引进；巷道系统简单，顺槽掘进量少，掘进费用低，万吨掘进率低，有利于采掘接替，缓和了采掘关系；减少了搬家倒面次数，节省了综采面搬迁、安装的费用；较分层开采减少了铺网工序，降低了材料、工资及巷道维护等费用；提高了块煤率，提高了煤炭售价；减少了设备的运行费（如采煤机），相对减少了设备折旧费或租赁费；有利于矿井的集中生产和集中控制，有利于实现减面、减人、提效的目标；提高劳动生产率，降低成本，资料统计表明，放顶煤比分层开采提高工效2～5倍，吨煤成本降低8元～20元，经济效益十分显著；对于厚度变化较大的厚煤层更利于提高回采率，提高资源利用率；工作面出煤点多，产量大，工效高，有利于实现矿井高产、高效；且本矿煤层硬度适中，夹矸软，容易冒落，煤层厚度大，采放比恰当，能取得较好经济效益。 （2）放顶煤综采采煤法的缺点为对于厚度稳定且采高适宜于分层的煤层，综放工作面顶煤回采率偏低，一般在80％～85％左右；煤尘大，一般比分层开采高出1～3倍；工作面容易局部积聚瓦斯；对于硬度大、裂隙不发育、埋藏浅、地压小的煤层适应性差。虽然综放开采存在一些问题，但经过近20年的科研和生产实践，大部分问题已有了比较完善的应对措施。 （3）冒放性研究。初期开采的4号煤层具有如下特征一是煤层平均厚度较厚，自然发火期短，系厚度变化较大的巨厚易燃煤层；二是煤层埋藏深度约300 m；三是煤摩氏硬度系数为2.0～2.5，煤质较软；四是煤层结构虽然复杂，有2～6层夹矸，但其岩性均为泥岩，强度低，易破碎，且夹矸初期开采块段相对较少；五是煤层顶板垮落性能较好，稳定性较差，有利于回采过程中及时垮落，形成紧跟支架后方的矸石堆。 综合以上5个特征，计算冒放性综合指数为0.76～0.85，属冒放性较好的煤层，既有利于放煤，又有利于架前控顶，充分证明了放顶煤综采工艺在矿井首采区能够推广采用的可行性。 2.2分层综采采煤法 分层综采采煤法是目前厚及巨厚煤层的主要采煤方法之一，已得到普遍采用，但其具有的缺点是采准巷道系统复杂，巷道掘进率高，巷道的掘进与维护费用高；采上分层需铺设人工假顶，工人劳动强度较大，生产成本较高；对地质构造适应性差；煤层厚度发生变化时容易丢煤；单产较低，效率较低。 就本矿井总体而言，煤层厚度变化大，4号煤层不太适宜用综采分层采煤方法。若选用分层开采须选择大采高综采设备。但大采高工作面在本矿井应用存在如下问题第一，采高大，易片帮，增大了工作面冒顶的几率，影响产量和生产安全。据邢台东庞煤矿在2702工作面的Ⅱ2级顶板条件下大采高综采实验，当采高3 m时，片帮深度262 mm；采高4 m时，片帮深度426 mm；采高5 m时，片帮深度618 mm，片帮深度随采高的增大而增加。由于大采高采面片帮问题十分突出，不得不采取一些专门措施加固煤壁，致使辅助工作量加大，产量降低，成本增加，也危及安全生产。山西晋城寺河矿井东翼首采工作面采高5 m，属硬度较大的无烟煤，工作面正常截割时经常片帮，而且是大块片，块度在10 m3 m1 m之间，影响采煤机进刀。片帮煤被刮板机运送到破碎机，由于破碎机进口小而破碎不了，只能人工处理，影响有效开采工作时间，影响产量，降低效率，安全性差。本矿井4号煤层硬度中等（摩氏硬度系数2.0～2.5），裂隙发育，顶板多为泥岩及砂质泥岩、砂岩，片帮和冒顶是可能发生的。 第二，工作面的机动性变差，对地质条件的适应性降低，资源损失增大。 第三，设备更大型化、复杂化，维护量和管理难度增加。为实现高产，大采高工作面的采煤机等主要设备目前需要引进。 由于分层大采高开采带来的诸多问题，国内装备大采高设备的采面也很少，即使条件很好的西部一些矿井采用该套设备也很谨慎。 综上分析，综采分层采煤法与综采放顶煤采煤法均技术成熟，能保证单产的要求，具有一定优势可供本矿采用。结合当前收集的地质资料，为保证矿井安全高产，设计推荐综采放顶煤采煤法。 3选用放顶煤采煤方法后工作面生产能力 选用放顶煤采煤方法，并配备国内先进的采煤设备后，依据煤层条件及大型矿井的生产实践经验，确定综放回采工作面长度为200 m。 井田内4号煤层平均厚度7 m，设计确定采煤机割煤高度3.0 m，放顶煤高度4.0 m，采放比1∶1.333。 放顶煤开采的放煤步距确定为1.6m，采用单轮间隔放煤，同时放煤口不宜少于2个。矿井生产时应根据具体条件，对设计确定的放煤步距和放煤方式进一步实验，以确定适合本矿井的合理放煤步距和放煤方式。 采煤工作面采煤机截深为0.8m，设计采用两采一放工艺，采煤机割一刀进0.8 m，工作面每个循环进两刀，放一次顶煤，循环进度1.6 m，日循环次数5次，日循环进度为1.65.0＝8.0 m。采煤工作面年推进度为2 376m，计算得出工作面单产能力在450万t／a以上，可实现矿井的高产高效。 第一作者简介张建生，男，1978年3月生，2002年毕业于太原理工大学采矿专业，助理工程师，煤炭工业太原设计研究院矿井所，山西省太原市，030001。