龙峰矿采煤方法及回采巷道布置方案比选.pdf

2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 龙峰矿采煤方法及 回采巷道布置方案比选 王旭涛 ， 1 ．汾阳市煤炭安全监察站，山西 吕梁0 3 2 2 0 0 ； 2 ．山西煤炭运销集团龙峰煤业有限公司，山西 吕梁0 3 2 2 0 0 摘要 根据龙峰矿 91 01 1 号煤层赋存条件 ，提 出了大采 高综合机械化开采与综合机械 化放顶煤开采 两种采煤方案 ，并对 大采 高和综采放顶煤 回采巷道布置方式进行 了论述 ，从安全 性、经济性以及回采率三方面对两种开采方案进行比较，最终确定 了采用综合机械化放顶煤开采 更为合 理 。 关键词 采煤方法；顸煤 冒放性；大采高；放顶煤 ；巷道布置 中图分类号 T D 8 2 3 ． 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 3 0 2 0 1 1 3 1 工作面煤层地质条件 1 91 01 1号煤层 俗称丈八炭 位于太原组中部 是龙峰矿主要可采煤层之一，煤层厚 5 ． 9 4～7 ． 5 0 m，平均 为6 ． 4 7 m，倾角为5 。 ，煤层结构简单一复杂 ，一般含1～ 3 层夹矸 ，最多达 8层 ，夹矸一般为泥岩或炭质泥岩，部分 区域的夹矸厚度为 0 ． 8 3 m。煤层的顶板为砂质泥岩、粉砂 岩，局部为中细粒砂岩，岩性较硬，属中一难冒落；底板 为砂质泥岩及 中细粒砂岩 ，稳定程度 属稳定 ，遇水不易 膨胀 。 2 瓦斯。据以往资料和煤矿多年瓦斯测试结果，开采 91 O1 1 号煤层时，煤层最大绝对瓦斯涌出量为 8 ． 4 1 m ／ mi n ，最大相对涌出量为3 ． 3 3 m ’ ／ t ，属低瓦斯矿井。 3 煤尘。依据山西省三水实验测试中心对L一 7 号钻孔 煤层的煤尘爆炸测试 结果 91 01 1号煤层火焰长度 4 0 m m，加岩粉量6 0 ％ ，煤尘有爆炸性。 4 煤的自燃性。依据山西省三水实验测试中心对L一 7 号钻孔煤层的自燃倾向性等级测试结果 91 0 1 1 号煤层 吸氧量为 0 ． 8 0 c m ／ g ，自燃倾 向性等级为 Ⅱ类，属 自燃煤 层。 2 采煤方法及巷道布置方案 结合龙峰矿91 01 1 号煤层地质条件可知，91 0 1 1 号煤层属于厚煤层，目前 ，在我国厚煤层开采 中主要采 有分层开采、放顶煤开采和大采高开采，考虑到分层开采 在材料消耗、成本、搬家倒面次数、巷道掘进量方面存在 缺点，初步确定采取综采放顶煤和大采高两套 回采方案， 并对两种方案回采巷道的布置方式进行了分析。 2 ． 1 方案一 综采放顶煤开采及工作面布置 综采放顶煤工作面开采对地质条件、煤层赋存条件有 很大的适应性。实践证明，综采放顶煤开采适合于缓倾斜 煤层、煤层厚度变化在 4～ 2 0 m之间。从91 01 1号煤层 赋存条件看，认为可以采用综采放顶煤工作面开采，采高 为 3 m，平均采放比为 1 1 ． 1 6 ，最大采放比为 1 1 ． 5 。综采 放顶煤工作面开采系统及巷道布置示意图，如图 1所示， 即回采巷道沿煤层底板布置，巷道宽度 5 m，高度 3 m。为 了保证巷道的稳定，接续工作面区段进风巷与上一工作面 之间保留一定宽度的护巷煤柱，按照煤层厚度 6 ． 4 7 m，煤 柱宽度需保持在 1 5 m左右。 1 一 区段进风巷 ；2 一区段回风巷 ；3 一 煤柱、端头及巷道不放顶煤 4 一接续工作面区段进风巷； 5 一接续工作面区段回风巷 图 1 综 采放顶煤 工作面布置示意 图 综采放顶煤工作面开采存在的共性问题是回采率低 、 瓦斯、自然发火、粉尘以及煤巷等问题。除了上述问题，9 1 O1 1号煤层在综放开采时还存在个性问题，即顶煤冒 放性评价因素不清楚，顶煤 冒放性 的综合评定意见没有给 出，因此存在放顶煤时丢煤严重，可能会超过一般条件下 放顶煤工艺损失的7 ％ ～1 2 ％的比例 ；另外，91 O1 1 号 煤层具有 自然发火倾 向性 ，结合区段护巷煤柱与端头、巷 道不放顶煤部分造成的丢煤，自然发火倾向性严重，威胁 收稿日期2 0 1 2 0 8 2 0 作者简介王旭涛 1 9 7 3一 ，男，山西汾阳人，工程师、注册安全工程师、注册安全评价师 ，毕业于中北大学安全工 程专业，在汾阳市煤炭安全监察站从事多年煤矿安全技术管理工作，现派驻山西煤炭运销集团龙峰煤业有 限公 司。 1 1 煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 生产。因此，综采放顶煤开采是否能够在 91 01 l号煤 层中应用，需综合安全性、经济性以及回采率进行进一步 判定。 2 ． 2方案二大采高开采及工作面布置 大采高工作面开采适用于地质构造简单，煤质较硬， 煤层厚度为 3 ． 5 6 m，赋存稳定 ，倾角一般小于 1 2 。 ，顶底 板稳定或较稳定的厚煤层。从 91 01 1号煤层赋存条件 看，初步判定可以采用大采高综合机械化开采，并且不需 要放顶煤，在回采率方面会略好于综采放顶煤开采。大采 高工作面回采巷道宽 5 m，高 3 ． 8 m，一次割煤高度为 6 m， 煤柱宽度也保持在 1 5 m左右。其系统及巷道布置示意图如 图 2所示 。 l 一 上一工作面区段回风巷 ；2 一区段进风巷 3 一爬坡段 ；4 ～工作面问煤损 图2 大采高工作面布置示意图 大采高工作面开采存在的问题是初期投资成本大，对 井下巷道硐室的尺寸要求较大；在采高增加后，液压支架、 采煤机和输送机的重量都将增大，传统的矿井辅助运输条 件下，装备搬迁和安装都比较困难；回采过程中防治煤壁 片帮，设备防倒、防滑和处理 冒顶都有一定的难度，对管 理水平要求也高；相邻工作面的两巷沿煤层顶板布置，需 要留一部分顶煤不采，加上区段之间同样需要留设的煤柱， 造成回采率降低。因此 ，大采高开采是否能够在91 01 1 号煤层中应用 ，同样也需对其安全性、经济性以及回采率 进行进一步判定。 3 方案比选 3 ． 1 安 全性 对 比分 析 3 ． 1 ． 1 综采放顶煤开采安全性 分析 安全性分析中，传统沿煤层底板布置综放工作面开采 系统存在如下安全 问题 1 瓦斯隐患。由于一次采出煤厚度大，瓦斯涌出量较 高，特别是工作面后部赋存有大量瓦斯，当顶板 断裂时， 常将这部分瓦斯压人工作面。 2 自然发火。放顶煤开采由于煤炭损失大，丢失在采 空区的浮煤存在 自然发火倾向性。易 自燃的区域包括初末 采、巷道及端头上方不放顶煤 ，区段问护巷煤柱以及采空 区由于回采丢失的浮煤。传统理论认为，加快工作面推进 速度有利于 自然发火的防治。 3 粉尘问题。由于放顶煤工作面增加了放煤口以及支 架上方存在待放的顶煤，因此放煤过程中以及通过支架间 掉落的煤炭造成的煤尘量大于一般综合机械化开采产生的 1 2 粉尘量。 3 ． 1 ． 2 大采高开采安全性分析 1 瓦斯问题 。采用大采高综合机械化开采 ，由于一 次 采出煤层厚度大，因此瓦斯涌出量大，按照相对瓦斯涌出 量 3 ． 3 3 m ／ t 计算 ，工作面单位进尺的情况下，沿工作面全 长的瓦斯涌出量为5 2 9 0 m 工作面长度按 2 0 0 m，将起坡段 造成的煤损除去 ，可见在工作面开采期间瓦斯涌出量大。 2 自然发火危险性分析。大采高综合机械化开采的回 收率要高于综合机械化放顶煤 回采。从理论上来说 自然发 火危险l生会降低。但是 ，由于煤层厚度在 5 ． 9 4～ 7 ． 5 m之间 变化，采用大采高回采时，煤层厚度较大处，无法 回采， 易造成采空区的丢煤较多，因此，该矿采用大采高开采时， 采空 区 自然发 火倾 向性 也较 为严重 。针对 此问题 ，确定 日 进 7 ． 2 m，但是大采高开采由于矿压显现较为剧烈等原因， 是否能够保持较高的推进度没有保 障，因此认为大采高开 采在 自然发火防治方面存在隐患。 3 粉尘的防治。传统沿煤层底板巷道布置放顶煤开采 的粉尘来源包括采煤机割煤、架问漏煤以及放顶煤。当采 用大采高综合机械化开采时，粉尘的来源仅仅在割煤，如 果煤层厚度较大，部分顶煤可能无法通过采煤机割落 ，因 此架间漏煤可能无法避免。但总体来说 ，粉尘的防治方面 要好于综合机械化放顶煤开采。 综上所述 ，在安全方面，采用大采高综合机械化采煤 仅仅在粉尘的防治方面具有一定的优势。 3 ． 2回采率对比分析 放顶煤开采与大采高开采方案煤炭损失可按图 1 、图2 中所示煤损计算，首先确定传统综合机械化放顶煤采煤方 法的煤炭损失，巷道宽度 5 m，高度 3 m，工作面两端头各 留3架支架不放顶煤，工作面之间的护巷煤柱按照 B≥2 留设，根据煤层厚度 6 ． 4 7 m计算，需要至少留设 1 5 m宽。 因此，计算得到传统综放开采煤炭损失 S 为S ， 1 5 6． 479． 523． 4 71 6 2． 9 8m 。 同样，方案二采用大采高开采，底板按照 3 。 起坡计算， 得到三角煤损与煤柱损失的累积和为S 1 3 6 9 7 m 23 3 m 。 需要注意的是上述计算结果中没有考虑顶煤冒放的损 失以及大采高支架限制的丢煤，在此进行修正，顶煤冒放 损失按照 1 2 ％计算 ，取 8 3 ． 3 m 采高按照 3 m计算 ；大采 高最大割煤高度按照 6 m考虑，丢煤平均 0 ． 4 7 m，则损失为 9 4 m 。得到 S 1 2 4 6 ． 2 8 m ，S 2 3 2 7 m 。 综上所述，在回采率方面，采用综合机械化放顶煤开 采比大采高综合机械化采煤具有一定的优势。 3 ． 3经济性 分析 1 针对长壁综采放顶煤工作面和大采高一次采全高长 壁综采工作面装备、工作面两巷及开切眼断面大小、电耗 情况进行投资分析论证。回采工作面投资分析见表 1 。由表