龙泉煤矿4号煤层合理采煤方法的研究.pdf

太原理工大学 硕士学位论文 龙泉煤矿4号煤层合理采煤方法的研究 姓名路全宽 申请学位级别硕士 专业采矿工程 指导教师田取珍 201205 太原理工大学硕士研究生学位论文 龙泉煤矿4 号煤层合理采煤方法的研究 摘要 选用合适的采煤方法，对提高矿井生产水平和经济效益有决定性的意 义。我国厚煤层采煤方法主要有分层开采、放项煤和大采高采煤方法。其 中分层开采在6 m 厚左右的煤层中已渐被淘汰。放项煤已发展了2 0 多年， 工艺理论较为成熟，大采高最近1 0 年发展较为迅速。 龙泉煤矿主采的4 号煤层，埋深4 5 0 m ，平均煤厚6 ．4 7 m ，地质构造简 单，水文地质条件简单。属于高瓦斯矿井，煤层白燃倾向性等级为I I 类。 矿井建设规模为5 0 0 万吨／a 。 对于6 m 以上的煤层，国内即有采用大采高年产达千万吨的实例，又有 采用放顶煤年产5 0 0 万吨以上的实例。从厚煤层开采技术看，其发展经历 了由分层开采、放顶煤、大采高3 个阶段。龙泉煤矿对4 号煤提出了采用 放项煤还是大采高采煤方法合理性的问题，特委托太原理工大学进行采煤 方法可行性研究。按采煤技术的发展看，似乎应当采用大采高采煤方法。 但具体采煤方法的选择具有相对性，其受到煤层赋存条件及技术条件的制 约，需具体分析。 针对山西省娄烦县龙泉煤矿4 号煤的地质力学条件，论文采用理论分 析、现场观测、数值模拟、实验研究及工程类比等手段，系统的分析对比 了4 号煤采用放顶煤和大采高的优缺点和可行性。所做的主要工作如下 1 、本次课题研究专门委托地质队分别在主斜井和副斜井1 0 0 0 米处向 下打直径6 7 m m 两组钻孔，每组钻孔岩芯深4 0 m 左右。绘制岩心柱状图， 并在实验室测得顶底板及煤的岩石力学参数。 2 、通过收集分析国内6 m 以上厚煤层采煤方法实例，总结了各采煤方 法一般性适用条件，对龙泉煤矿4 号煤采煤方法经行了工程类比。 3 、对4 号煤层的赋存条件对采煤方法的选择影响经行了详细的分析， T 太原理工大学硕士研究生学位论文 得出4 号煤的顶煤冒放性为极好，适合采用放顶煤开采，且采用放顶煤回 收率高于大采高，经济效益优于大采高的结论； 4 、采用数值计算方法，分析4 号煤层在采用6 m 大采高条件下的煤壁 片帮及围岩破坏情况，结论为支架工作阻力的大小对4 号煤围岩破坏影响 较小，在工作阻力达1 2 0 0 0 K N 条件下，煤壁稳定性任然较差。 结合上述研究，龙泉煤矿4 号煤采用放项煤采煤方法，，虽然在瓦斯安 全性上低于大采高，但不论在避免片帮冒顶，保证正常生产上，还是在回 收率和经济性上都优于大采高，最后确定采用放项煤采煤方法。 关键词大采高，放项煤，顶煤冒放性，煤壁片帮 太原理工大学硕士研究生学位论文 T H ER E S E A R C HO NR A T I O N A LM I N I N G M E T H o DO FN O ．4S E A Mo F L O N G Q U A NC O A LM I N E A B S T R A C T T h e a p p r o p r i a t ec h o i c eo fm i n i n gm e t h o dm e a n sv e r yi m p o r t a n t t ot h em i n e p r o d u c t i o nl e v e l sa n de c o n o m i cb e n e f i t ．T h eM a i nm i n i n gm e t h o di nt h i c ks e a m i nC h i n ah a v e3 ，t h e ya r es l i c i n gm i n i n g ，l a r g em i n i n gh e i g h t ，t o pc o a lc a v i n g m e t h o d ．S l i c i n gi sg r a d u a l l yb e i n gp h a s e do u ti nt h e6 ms e a m ，t o pc o a lc a v i n g h a sd e v e l o p e dm o r et h a n2 0y e a r s ，i ti sm o r em a t u r et e c h n o l o g yt h e o r y ．T h e d e v e l o p m e n to fl a r g em i n i n gh e i g h ti sr e c e n t10y e a r s ． T h eN o ．4s e a mo fL o n g q u a nc o a li st h em a i nm i n i n gs e a m ，d e e p4 5 0 m ， 6 ．4 7 ma v e r a g ec o a lt h i c k n e s s ．G e o l o g i c a ls t r u c t u r ei s s i m p l e ，a n d i th a sa H y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ．N o ．4s e a mB e l o n g st o h i g hg a s s y , s e a m s p o n t a n e o u sc o m b u s t i o nt e n d e n c yo fc l a s s i i ．Am i n ec o n s t r u c t i o ns c a l ei so f5 m i l l i o nt o n s ． U n d e rt h ec o n d i t i o no f6 ms e a m ，C h i n aw i t ha n n u a lo u t p u to fu pt ot e n so f m i l l i o n so ft o n so fe x a m p l e sw i t hl a r g em i n i n gh e i g h ta n da na n n u a lo u t p u to f m o r et h a n5m i l l i o nt o n so fc o a lc a v i n gf o ri n s t a n c e ．F r o mt h ep e r s p e c t i v eo f t h i c kc o a ls e a mm i n i n gt e c h n o l o g y , t h ed e v e l o p m e n te x p e r i e n c e db yt h es l i c i n g 工I I 太原理工大学硕士研究生学位论文 』二二_ 二一一 m i n i n g ，t o pc o a lc a v i n g ，a n dl a r g em i n i n gh e i g h t3s t a g e s ．L o n g q u a nm i n er a i s e d t h ei s s u eo ft h et o pc o a lc a v i n ga n dl a r g em i n i n gh e i g h tw h i c hi s t h eb e t t e r c h o i c e ，c o m m i s s i o n e da f e a s i b i l i t ys t u d yo nm i n i n gm e t h o do fT a i y u a n U n i v e r s i t y ．A c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n to fm i n i n gt e c h n o l o g y , i ts e e m st h a t t h eu s eo fl a r g em i n i n gh e i g h tc o a lm i n i n gm e t h o d s i sb e t t e r ．B u tr e l a t i v et ot h e s e l e c t i o no ft h em i n i n gm e t h o d ，r e s t r i c t i o no fc o a ls e a mo c c u n ．e n c ec o n d i t i o n s a n dt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n s ，i tn e e d ss p e c i f i ca n a l y s i s ． L o n g q u a nm i n eL o c a t e di nL o u f a nC o u n t yi nS h a n x ip r o v i n c e ．f o rt h eN o ．4 s e a m g e o m e c h a n i c a l c o n d i t i o n ，P a p e r sw i t ht h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，f i e l d o b s e r v a t i o n s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sa n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n de n g i n e e r i n g m e a n so f a n a l o g y ,w eh a v eaS y s t e ma n a l y s i so ft h e a d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e sa n df e a s i b i l i t yo f t o pc o a lc a v i n ga n dl a r g em i n i n gh e i g h t ．D o t h em a i nw o r ki Sa sf o l l o w s 1 T h ep r o j e c ts p e c i a l l yc o m m i s s i o n e d g e o l o g i cp r o s p e c t i n gt e a ms e p a r a t e l y i nt h em a i ni n c l i n e ds h a f to f a u x i l i a r yi n c l i n e ds h a f ta n d10 0 0m e t e r sd i 锄e t e r 6 7 m md o w nt w os e t so fd r i l l ，e a c hs e to fd e e pd r i l l i n g c o r e4 0 m ．D r a wa h i s t o g r a mc o r e ，a n dm e a s u r e di nt h el a b o r a t o r yr o o fa n df l o o ro fc o a lr o c k m e c h a n i c a lp a r a m e t e r s ． 2 ．T h r o u g ht h ec o l l e c t i o na n da n a l y s i so fd o m e s t i c6 mi nt l 】i c kc o a ls e a 】m m i n i n gm e t h o di n s t a n c e ，s u m m e d u pt h em i n i n gm e t h o do ft h eG e n e r a l c o n d i t i o n s ，E n g i n e e r i n ga n a l o g yo fm i n i n gm e t h o dh a sb e e nm a d eo n t h e L o n g q u a nN o ．4s e a m ． I V 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 ．w em a d eaAd e t a i l e da n a l y s i so fO c c u r r e n c ec o n d i t i o n so ni m p a c to f c o a lm i n i n gm e t h o do fN o ．4s e a m ，，c o m et ot h eF a l l i n gp e r f o r m a n c eo fN 0 4 s e a mi sv e r yg o o d ，i ti ss u i t a b l ef o rt o pc o a lc a v i n ga n dt o pc o a lr e c o v e r yr a t ei s h i g h e r ’t h a nt h el a r g em i n i n gh e i g h ta n ds t a t i s t i c sb e t t e rt h a nt h ec o n c l u s i o no f h i g hm i n i n gh e i g h t ； 4 ．w eu s e dt h en u m e r i c a lm e t h o d st oa n a l y s i st h ec o a lw a l ls p a l l i n ga n d r o c kd a m a g eo f6 mc o a ls e a m ，u n d e rt h ec o n d i t i o no fl a r g em i n i n gh e i g h t ， c o n c l u d e dw o r k i n gr e s i s t a n c eo f s u p p o r ts i z el e s se f f e c t st os u r r o u n d i n gr o c ki n N o ．4s e a m ，w o r k i n gr e s i s t a n c eu n d e rt h ec o n d i t i o no f12 0 0 0 K Nh a sap o o r f u n c t i o no nt h es t a b i l i t yo fc o a lw a l l ． S t u d yo nt h ec o m b i n a t i o no ft h ea b o v e ，w eb e l i e v e dt h a tL o n g q u a nN o ．4 s e a mc h o o s et h et o pc o a lc a v i n gm i n i n gm e t h o di sag o o dc h o i c e ．A l t h o u g h b e l o wt h el a r g em i n i n gh e i g h to ng a ss a f e t y , b u tb o t ha v o i d s l o u g h i n gr o o ff a l lt o e n s u r en o r m a lp r o d u c t i o n ，i sa l s oo nt h er e c o v e r yr a t ea n de c o n o m i c sa r eb e t t e r t h a nl a r g em i n i n gh e i g h ta n df i n a l i z e dw i t ht o pc o a lc a v i n gm i n i n gm e t h o d ． K E Y W O R D S l a r g em i n i n gh e i g h t ，t o pc o a lc a v i n g ， f a l l i n gp e r f o r m a n c e o ft o pc o a l ，c o a lw a l ls p a l l i n g V 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ．1 课题研究背景及意义 第一章绪论 我国厚煤层 厚度≥3 ．5 米 的储量约占整个煤炭储量的4 4 ．8 ％，实现高产高效的 煤炭生产主要依靠厚煤层的合理开采。因为煤层较厚，其开采方式可以有多种选择，比 如分层开采、放顶煤、大采高。随着采煤装备和采煤技术的不断进步和高产高效开采的 迫切的需要，采煤方法也不断发展着。分层开采由于其工艺复杂，下层顶板维护困难等 缺点被逐渐淘汰，而放顶煤综合机械化开采和大采高一次采全高采煤方法得到了快速发 展和广泛应用。然而煤炭资源的高效经济开采是以特定的煤层地质条件和开采技术条件 为基础的。因此厚煤层的合理开采方法的确定因当依据开采矿井的煤层赋存特点，以保 证安全生产的前提下，以提高煤炭资源回收率，降低企业成本投入，得到高经济回报为 准则，选择最适合的采煤方法。 综采放顶煤有着显著的技术和经济优势，在我国得到了迅速发展，对我国高产高效 矿井建设起到重要作用。其有利于合理集中生产，简化生产环节，可采放平行作业；能 适应煤层厚度变化较大的条件，对较小的各种地质构造有较好的适应性；由于降低了巷 道维护掘进费用，并利用矿山压力破煤，耗能少，因此能取得较好的经济效益；其缺点 是采出率低，在瓦斯、粉尘、自燃发火上有较大隐患。因此，能采用综合机械化放顶煤 采煤方法的煤层应当有较好的顶煤冒放性，并能对安全隐患有较好的预防治理措施。 大采高综采工作面的特点是采高大 3 ．5 m ，采煤机功率大，采用强力刮板输送机 和掩护式液压支架。其采煤工艺过程与一般综采相同，具有产量大效率高的优点；但是 由于设备大型化，对采煤机械耐用性和可靠性有较高要求，国产装备有一定差距设备 高度大，重心高，重量呈非线性变化，支架倾倒下滑几率增大；另外，煤壁片帮甚至架 前漏顶是影响大采高开采的关键性技术问题。因此，在有足够的资金投入和保证煤炭资 源高回收率的前提下，能有效避免煤壁片帮漏顶的煤层应当优先采用大采高开采。 从我国井工开采厚煤层的采煤方法发展历程看，经历了分层开采，放顶煤长臂采煤 方法和大采高一次采全厚采煤方法；其技术装备不断升级、采高越来越大、日产量越来 越高，其中采煤机械装备是采煤方法的核心因素，设备的大功率、高电压、高可靠性促 使产量得到极大提高；因此，给人一种错觉是采煤技术等级上也是经历了由低级到高级 的发展历程，2 0 世纪9 0 年代以来，综采放顶煤技术逐渐发展成熟，成为了我国厚煤层 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 开采的主要方法，基本上代替了分层开采，全国很多矿都采用了放顶煤采煤方法，很多 不适合采用放顶煤的地质条件的矿或者没有采用放顶煤相关安全技术措施的矿也采用 了放项煤开采，结果是顶煤冒放性不好、回收率低，或者安全技术不成熟使得瓦斯、自 燃问题突出，造成事故，反而认为放顶煤采煤方法不合理。因此，特定的煤层地质条件 和技术的发展是采煤方法的选择核心依据。比如在新疆等地煤层厚度3 0 m 以上的及急倾 斜的煤层采用水平分层分段放顶煤采煤方法是合理的选择，分层采煤方法还是有其合理 适用条件的。如今在大采高采煤方法发展较为成熟的条件下，比如在神东矿区已装备了 7 m 大采高工作面，全国各地的矿区又都争这上大采高工作面，其也有发现采用大采高 反而出现了不能安全高效生产的例子，如煤壁片帮严重、架前漏顶、支架的防倒防滑问 题等等。因此依据特定煤层赋存情况选择合理的采煤方法，做到绿色开采，实现生产与 保护环境的协调发展，取得最大的开采效益和最大限度的回收煤炭资源是当前我国厚煤 层开采中面临的主要问题。因此，在具体特定煤层条件下，依据企业的建设规模和经济 实力选择合理的开采方法尤其重要【。 龙泉井田位于山西省中部的娄烦县境内，行政区划属娄烦县龙泉乡管辖。地理坐标 北纬3 8 。0 8 ’5 0 Ⅳ一3 8 。1 l 7 5 3 Ⅳ，东经1 1 1 。4 5 7 0 4 盯一1 1 1 。5 0 7 5 8 Ⅳ，井田面积 3 5 ．2 3 7 9 k m 2 。太原煤气化龙泉能源发展有限公司的建设规模为5 ．0 M t ／a , 根据山西省宁 武煤田龙泉井田补充勘探地质报告，4 号煤层厚度为1 ．7 0 m ～8 ．2 m ，平均6 ．4 7 m ，煤层 倾角平均5 ～1 0 。，最大不超过1 5 。。首采区位于井田中部，首采工作面总体上沿煤层 走向推进，倾角7 ～8 。左右。煤层顶板为砂质泥岩、煤线、粉砂岩、泥岩和砂岩组成， 属不稳定至中等稳定顶板；底板为砂质泥岩和砂岩地层。 4 号煤层埋藏深度约3 0 0 m ～l O O O m ，首采区平均采深4 5 0 m 。平均瓦斯含量为 6 ．0 4 m l ／g 可燃质，自然发火等级为1 I 级，属自燃煤层。 根据上述煤层赋存条件，在该矿采用放顶煤或者采高6 m 一次采全高大采高采煤方 法似乎都是可行的。因此矿方提出了两种相反的意见，特委托太原理工大学经行了专项 研究，采煤方法选择是否合理，直接影响到龙泉矿井能否安全高效高回收率生产。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ．2 国内外厚煤层采煤方法研究现状 根据煤层厚度的不同，目前国内外安全高效工作面主要分为两类一类是单一煤层 开采工作面，普遍装备大功率的电牵引采煤机，大功率、长运距的刮板输送机及配备电 液控制系统的强力液压支架，设备生产能力大，可靠性及自动化程度高，依靠加大工作 面推进速度来提高工作面单产，像美国、澳本利亚、德国等先进采煤国家均布置这类工 作面；第二类是特厚煤层放项煤开采工作面，像我国的兖州、潞安、阳泉等装备国产综 采设备，通过采煤机前部割煤、支架后部放煤来提高工作面单产。 综合机械化放顶煤采煤是法国最早在19 6 4 年开始试验成功的。这一方法在苏联、 南斯拉夫、罗马尼亚等国得到推广应用，取得好的技术经济效果。我国第一个综合机械 化放顶煤采煤工作面的实验是1 9 8 4 年4 月在沈阳矿务局蒲河煤矿进行的。由于技术上 不过关和生产管理上的经验不足，没有成功，但经过几年的探索，实验取得了很多非常 有价值的科研数据以及生产管理等方面的经验，并且此后对于综采放顶煤技术的探讨一 直没有停止。1 9 8 6 月在窑街矿务局二矿进行的急倾斜特厚煤层水平分段综合机械化放顶 煤开采的工业性试验获得了成功，之后综采放顶煤技术的应用在很多矿务局进行了非常 有成效的探索，并不断地取得成功。1 9 9 0 年阳泉一矿综采放顶煤工作面创造了月产1 4 万t 煤的好成绩，使人们看到了综采放顶煤开采高产高效的前景。各矿区都在根据本矿 区的开采条件、地质特点对综采设备 特别是液压支架 、采煤工艺 特别是放煤工艺 、 顶板、瓦斯、粉尘及煤炭自燃等的管理进行着多方面的探索研究，使综采放顶煤的技术 生产工艺不断成熟，各矿区的特点得到比较充分掌握，管理水平不断提高，综合机械化 放顶煤开采产量不断提高。据不完全统计，1 9 9 4 年全国就有2 8 个矿务局6 0 个综采放顶 煤采煤工作面，产煤36 8 0 万t 。自1 9 9 1 年开始，综采放顶煤工作面最高单产和年产量 的记录不断被刷新。1 9 9 1 年潞安漳村矿综放工作面单产突破1 5 万t ，晋城凤凰山矿综放 工作面单产达到1 8 万t ，潞安五阳矿综采放项煤工作面单产最高达到2 1 ’万t 。1 9 9 3 年 潞安王庄矿综采放顶煤工作面月产突破31 ．1 万t ，年产达2 5 3 万t 。1 9 9 4 年兖州兴隆庄 矿综采放顶煤采煤队年产煤2 7 2 万t ，1 9 9 5 年达到年产3 1 5 万t 。1 9 9 6 年兖州东滩矿综 采一队综放工作面年产达到3 5 0 万t ，1 9 9 7 年又创年产4 1 0 万t 的薪记录，1 9 9 9 年、2 0 0 0 年分别再创年产5 0 5 万t 和5 1 2 万t 的最新记录。综采放顶煤采煤法已经成为我国安全 高效的采煤方法之一。 综合机械化放顶煤开采技术一般适应于6 m 软弱破碎煤层4m 以上的特厚煤层，特 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 别是煤层厚度极不稳定，顶底板起伏不平的特厚煤层。综合机械化放顶煤开采也受到很 多地质和开采条件的限制，如瓦斯、坚硬不易冒落顶板、粉尘、煤炭自燃等，即使是条 件适宜，一次开采厚度也不宜太厚。一次开采厚度太厚，顶煤的回收率会大幅度降低， 顶板冒落不充分易聚集瓦斯给生产安全带来隐患。一次宜采多厚，视顶煤的冒放性和顶 板的易垮落情况而定，目前国家规定放煤高度不能超过采煤高度的3 倍。 我国有一部分4 ～6m 左右厚的厚煤层，对于这样的煤层一般采用一次采全高的综 合机械化开采，具有效率高、效益高、资源回收率高的优点。我国在整个综合机械化开 采技术水平不断提高的基础上，从2 0 世纪8 0 年代后期就开始了对4 m 及4 ．51 1 1 ．厚以上 煤层进行一次采全高综合机械化开采技术的试验研究，并不断地取得较好的成果。1 9 8 8 年在邢台矿务局开采4 ．5m 厚煤层时，最高月产1 42 2 1t ，平均日产34 0 3t ，最高日产 1 25 1 6t 。2 0 0 5 年，淮南矿业集团张集矿综采一队开采厚度2 ．2 ～5 ．5m 平均4 ．1m 。 煤层获得了最高月产3 6 ．7 万t ，年产3 6 3 ．6 万t 的好成绩；晋城无烟煤矿业集团寺河矿 开采平均6 ．2m 煤层获得了平均日产2 ．0 8 万t ，最高日产3 ．0 5 万t ，最高月产达7 8 ．1 7 万t 的好成绩。这些试验研究的成功，使我国的一次采全高的技术水平和装备能力有了 很大的发展和提高。但与国际先进水平相比，我国还有较大的差距。我国神华集团神东 公司在开采4 ．5m 厚煤层中采用按30 0 0t ／h 能力配置的进口设备取得了一系列产煤新 纪录2 0 0 5 年哈拉沟煤矿综采队年产煤10 6 4 万t ，上湾煤矿综采队1 0 月份生产厚煤1 0 6 万t ，1 0 月9 日产煤5 ．0 9 万t 。【副 1 ．3 研究的主要内容与方法 本文以龙泉矿井的合理采煤方法为研究对象，在满足采煤方法选择的原则的基础 上，经行了现场观测、实验室岩石力学实验、工程类比、理论分析和数值模拟等方法， 对龙泉煤矿4 号煤 平均煤厚6 ．4 7 m 合理采煤方法进行了系统而又详尽的研究，其主 要内容如下 1 通过对国内外高产高效矿井的采煤方法经行了具体分析，对龙泉矿井的合理采 煤方法经行了工程类比； 2 本次研究请地质队打钻孔4 0 m 取得了4 号煤层的顶底板岩心，并绘制了岩心柱 状图，实验室通过试验手段确定了4 号煤及其顶底板岩石力学参数； 3 在已获得资料的基础上对影响采煤方法的地质、技术、经济等因素经行了研究 4 通过理论分析对龙泉煤矿4 号煤的顶煤冒放性经行了研究； 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 5 通过理论分析并利用大型数值计算软件R F P A 2 D 及F L A C D 一3 D 分别研究了在6 m 采高条件下采用大采高采煤方法的围岩稳定性； 6 根据上述研究，得出本文结论。 1 ．4 研究的技术路线 课题研究组根据欲解决的问题，确定了如下研究路线与方法 1 研究路线深入龙泉矿现场进行调研现场钻取4 号煤层顶底板围岩岩芯 煤岩物理力学性质试验及顶板分类国内相类似条件下采煤方法调研及工程类比一 对影响采煤方法的因素的分析顶煤冒放性的理论分析与计算龙泉煤矿4 号煤 层大采高开采围岩稳定性的理论分析及数值模拟分析结果研究结果。 2 研究方法现场调研与工程实验相结合的方法；工程类比与理论分析计算相结合 的方法；理论分析计算与数值模拟相结合的方法。通过上述各种方法的综合，得到龙泉 能源有限公司4 号煤层合理采煤方法技术方案。 龙泉煤矿4 号煤采煤方法选择 4 9 - 煤地质条件及岩石力学实验 工程类比 顶煤冒放性 大采高围岩稳 定性数值模拟 回收率、经济 成本、安全性 综合机械化放顶煤 图1 - 1 技术路线图 F i g ．1 1T e c h n o l o g yR o a d m a p 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章国内厚煤层采煤方选择实例分析 2 ．1 采煤方法选择的原则 采煤方法选择是否合理，关系着煤矿能否安全高效生产、能否取得较好的技术经济 指标，必须在严格实行国家技术法规的基础上，使采煤方法做到技术先进、经济合理、安全生 产。 1 ．生产安全 煤矿井工开采安全风险较大，应保证所选采煤方法的采煤工艺的各个工序以及各生 产环节符合煤矿安全规程的各项规定。应制定完善合理的安全技术措施，采用高新 技术加强全方位安全生产监测监控。 2 ．技术先进 采用了先进的采煤技术和装备，工作面机械化程度高、易于实现自动化，工人劳动 强度低，有利于单产和效率提高。 3 ．经济上合理 努力提高工作面单产，提高劳动效率，大力采用机械化和自动化；材料消耗少，注 意材料的回收复用；保证煤炭质量、降低生产成本。 4 ．采出率高 煤炭是不可再生资源，国家对矿井采区的回采率有着明确的规定，必须贯彻执行， 并应尽力超过国家规定最低标准。同时提高煤炭回收率也是防止煤的自燃、减少井下火 灾的重要措施。提高采出率对于延长矿井实际服务年限，降低吨煤基建投资和掘进率也 具有重要意义。 5 ．因地制宜 煤层赋存条件是多种多样的，采煤方法也是多种多样的，因装备不同而不同，因装 备发展而发展，同一种采煤方法的机械化水平也有不同的层次，每一种采煤方法又有自 身的适用条件范围，机械化水平高的采煤方法所受的限制相对较大，必须充分考虑选择 的采煤方法能适应煤层地质条件，装备能充分发挥作用。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 ．2 国内6 ．0 m 以上选用放顶煤综采实例分析 放顶煤采煤法9 0 年代来在我发展迅速，工艺较为成熟，已成为我国厚煤层开采的 主要方法，其有着显著的技术和经济优势。兖州矿区综放面单产已突破5 5 0 万“a 。 2 ．2 ．1 同煤麻家梁矿 同煤集团麻家梁矿是同煤集团新建设的千万吨级矿井，位于山西省朔州市南部约1 5 k m 处，初期主采4 号煤层厚度1 ．3 5m ～1 1 ．0 9m ，平均为6 ．3 2m ，硬度2 2 ．5 ；裂隙发 育，结构简单，一般含2 ～3 层夹矸，项板以泥岩及砂质泥岩为主，底板以泥岩、高岭 质泥岩为主。矿井为低瓦斯矿井，煤层易自燃，有爆炸危险性，地质构造简单，水文地 质条件属简单一中等类。矿井采用两套综合机械化放顶煤采煤工作面保证年产1 2 0 0 万 吨产能。矿井考虑到采用大采高的片帮问题、顶板为泥岩容易冒顶、投资巨大、及煤层 不稳定性，且4 号煤的顶煤冒放性为好，且相邻矿区采用放项煤使用效果较好。认为4 号煤层首采区比较适合综采放顶煤采煤采煤方法【3 】。 2 ．2 ．2 潞安屯留矿 屯留煤矿位于山西省屯留、襄垣县境内。设计生产能力6 0 0 万忱，3 号煤层为矿井 主采煤层，厚5 ．0 0 - 7 ．2 5m 。一般5 ．9 9m ，煤层稳定，顶板一般为泥岩，粉砂质泥岩，底板为黑 色泥岩、粉砂岩，基本底为中细粒砂岩。夹矸o 3 层，一般1 层，厚O ．2 7m ，属结构简单至较 简单煤层。屯留矿井属高瓦斯矿井，煤层对瓦斯有很强的吸附和解吸性能，煤质松软 普氏 系数f - O ．7 1 ．3 、透气性差，透气性系数为0 ．5 2 4 ～1 ．7 4 1 5m 2 ／ M P a 2 ．d ，可抽性属较难抽放 到可以抽放类型。屯留矿首采区矿井相对瓦斯涌出量为1 0 ．8 1 ～1 5 ．9 5 m 3 ／t ，矿井绝对瓦斯 涌出量为6 7 ．5 9 - 9 9 ．7 1 m 3 ／m i n 。 试验工作面走向长11 0 0r n ，倾斜长2 5 9i n ，一次采全高，工作面设计采高为3 ．6m ，工作 面沿底板推进，循环进度0 ．8m ，采放比为l 0 ．7 8 。平均月产2 4 ．5 万，t 最高工效1 8 3 ．2 4t ／ 工，平均工效4 5 ．3 1t ／T 。工作面开采期间，最大绝对瓦斯涌出量为2 6 ．0 9m 3 ／m i n ，平均为 1 8 ．3 3m 3 ／m i n ，未发生瓦斯超限及积聚现象。屯留矿采用放顶煤一方面是基于潞安已有的 较成熟的放顶煤技术，一方面是基于松软的煤层采用大采高围岩稳定性较差。但在高瓦 斯条件下，任然达到平均月产2 4 ．5 万吨的成绩，工作面平均回收率达9 0 ．8 5 ％。【4 】【5 1 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 ．2 ．3 潞安王庄矿 潞安矿区主采沁水煤田3 号煤层，煤层赋存稳定，厚度5 ．6 1 N 7 ．2 3m ，平均6 ．4 2m ；倾角 3 ～5 。，局部达1 0 。；煤的普氏系数f - I ．0 ～3 ．0 ；顶板及直接顶为砂岩，底板为泥质页岩。3 号煤层综放工作面直接顶初次垮落步距平均1 6 m ，基本顶初次来压步距平均为3 4 m ，动载 因数平均为2 ．0 。周期来压步距平均为1 2 ．2 6m ，来压时动载因数平均为1 ．2 0 。 王庄矿6 2 0 3 工作面煤层底板倾角为1 ～5 。，工作面埋深2 5 0 ～3 0 0 m ，工作面长2 1 4 ．5m ， 可采长度1 7 4 0m ，煤层平均为7 m 厚，为提高回收率，进一步完善和提高综放开采的技 术优势，本着立足国产设备，降低生产成本，提高设备自动化水平和生产效率的目的，决定 采用大采高低位放项煤采煤方法。其中采煤机机采高度3 ．6m ，放煤平均高度3 ．4m 。工 作面采煤机割煤高度大于3 ．5 m ，被称为大采高综放。此采煤方法增大了通风断面、提高 了回收率和工作面推进速度。结果表明工作面采出率平均达9 1 ．6 ％，最高达9 2 ．1 ％；最高日 产达3 3 1 8 6t ；平均日产2 6 0 6 8 t ，平均工效达3 9 4t ／I 。【6 】【7 】 2 ．2 ．4 阳煤一矿 阳煤一矿为高瓦斯矿井， 8 1 0 1 工作面是一矿南翼一采区的首采工作面，开采石炭系 太原组1 5 制某层，埋深3 3 5 ～5 3 4 m 。直接顶为黑色泥岩，厚1 ．2 3 m ，抗压强度3 0 - - 4 0 M P a 。基 本顶为深灰色石灰岩，厚8 ．1 2 m ，夹二层黑色泥岩，R e 8 0 ～1 2 0 M P a 。煤层底板为深灰色砂质 泥岩，厚3 ．8 7 m ，I k 4 0 , - - 5 0 M P a 。工作面煤层赋存较稳定，结构复杂，厚度6 ．0 ～7 ．7m ，平均 6 ．4 4 m 。一般含夹石2 层，，厚度0 ．2 m 左右。煤层＆ 2 0 M P a ，工作面机采高度为2 ．8 m ，放 煤3 ．6 m ，经统计采出率8 7 ％。在采用了瓦斯抽放工艺的基础上，工作面采用U I “一进 两回”通风方式，进、回风巷均沿煤层底板布置，内错尾巷沿走向距回风巷1 5 m 处的煤层 顶板布置，并设置了后高抽巷，其距工作面底板2 0 m 上处的岩层中