红会矿区小煤窑开采区综放复采技术研究.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 红会矿区小煤窑开采区综放复采技术研究 姓名龚真鹏 申请学位级别硕士 专业矿业工程 指导教师余学义;李虎林 20070420 论文题目红会矿区小煤窑开采区综放复采技术研究 专业 硕士生 指导教师 矿业工程 龚真鹏 余学义 摘要 签名 签名 综采放顶煤开采技术以其对厚度变化大及复杂地质构造煤层的较强适应性和掘进率 低、自燃发火频率低、以及良好的技术经济效果而得到广泛应用，并得到快速发展。 自1 9 9 5 年以来，红会矿区在小窑破坏区被迫采用落后的巷柱式采煤方法进行残采， 造成矿井生产布局分散、工效低、效益差、资源回收率低、掘进率高、安全事故多等问 题。针对红会煤田特厚煤层小窑破坏性开采的特点，利用电法勘探、坑透技术，结合长、 短钻孔探测小窑破坏区位置范围的研究；通过对工作面设计与巷道布置及施工工艺技 术、综合防灭火技术和改制支架适应性及“三机”配套合理性的研究，实现对小窑破坏区 资源的综放复采和资源的最大化回收，有效扼S O d , 窑的继续延深破坏，使矿井达到安全 高效、合理集中生产和提高经济效益的目的。 ● 关键词小窑开采区；综放；复采 研究类型研究应用 s u b j e c t T h ef u U y ．m e c h a n i z e dc o a lm i n i n gw i t hs u b l e v e lc a v i n g a n d a d v a n c i n gt e c h n o l o g yi nd e s t r o y sv a r i o u s o fs m a l lc o a lp i t S p e c i a l t y M i n i n g i n d u s t r yp r o je c t N a m e G o n gZ h e n P e n g I n s t r u c t o r Y uX u e y i A B S T R A C T S i g n a t u r e S i g n a t u r e T h ef u l l y ．m e c h a n i z e dc o a lm i n i n g w i t hs u b l e v e lc a v i n gt e c h n o l o g y w h i c hi tC a n s t r o n g l vs u i tl a r g ea n dc o m p l e x l yg e o l o g i cs t r u c t u r ec o a ls e a m ，h a st h el o w r a t eo fs h a f ta n d 拍Re x c a V a t i o na n dt 1 1 el o ws p o n t a n e o u s c o m b u s t i o ni g n i t i o nf r e q u e n c y ，，a sw e l la st h eg o o d t e c h n 0 1 0 9 Ye c o n o m i ce f f e c ti so b t a i n e dt h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o na n d t h ef a s td e v e l o p m e n t S i n e e19 9 5 ，H o n g H u im i n i n ga r e ah a sc o r nc o m p e l l e dt o u s et h eb a c k w a r dc o a lp i l l a r m i n i n g 批d t oc a r r yo nr a m p a n t l ym i n i n g ，m a k e st h ep r o d u c t i o no f t h eu n d e r g r o u n dm l n e l a v o u tt od i s p e r s e ，t h e w o r ke f f i c i e n c yl o w l y ，t h e b a db e n e f i t ，t h el o wr e s o u r c e s r e t 唧s ．r a t i o ，t h eh i 啦t u n n e l i n gr a t e ，t h em a n ys e c u r i t ya c c i d e n ta n dS Oo n I nV 1 e w t h e c h a r a c t e r so fH o n g H u ic o a l f i e l d ，s m a l lc o l l i e r ym i n i n gv e r y t h i c ks e a mf a i l a r e ，U s e e l e c 仃o m a g n e t i cp r o s p e c t i n g 、e x p l o r i n gm i n i n gp r o b i n g ，c o m b i n el o n ga n d s h o r td n l l m g e x p l o r et h eb o u n do ff a i l u r ea r o s eb ys m a l lc o l l i e r y ；b yi n v e s t i g a t i o n o fw o r k i n gf a c ed e s i g n 、 r o a d 、v a vl a y o u t 、o p e r a t i o n a lg u i d e l i n e s 、f i r ep r e v e n t i o n 、f i r ee x t i n g u i s h i n g 、a d a p t a b i l i t y o f s u p p o r tm o d i f i c a t i o na n dt h em a t c h i n go fs h e a r e r 、s c r a p e rc o n v e y o r a n dt r a n s f e rc o n V e y o r ， t oa c h i e v et h em a x i m u 】f I lr e c l a i mr e s o u r c e ，w h i c h i sf a i l u r e db yt h em i n i n go fs m a l lc o l l i e r y ， e _ f l 沁i e n c Vc h e c kt h ec o n t i n u a n c ef a i l u r eb r i n gb ys m a l lc o l l i e r y ，m a k em i n e a c h i e v et h ea 蚰 o fs a f e t y 、h i g he f f i c i e n c y 、c o n c e n t r a t e dm i n i n g 、i m p r o v ee c o n o m i c p r o t n 。 K e y w o r d s i nm i n i n gv a r i o u so f s m a l lc o a lp i t s u b l e v e lc a v i n g T h e s i s A p p l i c a t i o nS t u d y t h ef u l l y - m e c h a n i z e dc o a lm i n i n g 西要料技支学 学位论文独创性说明 本人郑重声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名关蛮易日期．脚．／么 1 绪论 l 绪论 1 ．1 课题提出得重要意义及背景 二十世纪八十年代中后期靖远矿区遭受到小煤窑的掠夺式破坏性开采，高峰时期开 采小窑的数量达到3 9 3 个，仅在红会矿区就有1 8 0 多个。近年来国家虽然对非法小煤窑 进行了强制性关闭，但井田内存在的小煤矿超层越界抢占资源的现象仍频繁发生。小煤 窑破坏区域的煤炭采出率仅为2 0 ％左右，大量的煤炭资源被破坏遗弃，同时破坏性开采 形成的老空、老巷纵横交错，遍布整个煤层，内聚大量的水、火和瓦斯等有害气体。不 仅造成了资源的严重了浪费，并给国有大矿的安全生产构成严重的威胁。特厚易燃煤层 小煤窑破坏性开采不规则区域的综放复采技术，在国内外相关的技术文献中尚未见报 道。因煤层赋存条件的差异和小窑破坏性开采的无序性，对小煤开采区域国有大矿被迫 采用落后的采煤方法回收部分资源，用综放复采技术仍是空白，尚无成功的经验借鉴。 因此研究解决小煤窑开采区综放复采技术，充分发挥综放开采技术的经济效益优势，实 现小窑开采区煤炭资源的最大化回收，扼制井田内现存的小煤矿继续超层越界破坏性开 采而形成新的灾害区域，保证矿井正常的灭掘采关系，进一步拓宽综采放项煤的开采技 术的应用范围，是非常迫切必要的。 1 ．2 国内外现状 一 1 ．2 ．1 放顶煤开采发展情况 世界厚煤层储量约占世界煤炭总储量的l ／3 ，我国厚及特厚煤层储量、产量均占煤 炭总储量和总产量的4 0 N 以上．长壁分层开采是传统的厚及特厚煤层的主要开采方法， 但其巷道掘进率和材料消耗量高、采掘关系紧张、生产成本高，使矿井的生产经营效益 相对较差，且矿井的煤炭资源回收率实际上也并不高。 放顶煤开采技术是近2 0 年来在我国迅速发展的开采特厚煤层的一种新型采煤方法， 它是在开采过程中沿缓倾斜特厚煤层的底板或在急倾斜特厚煤层某一分段高度的底部 布置一个采煤工作面进行开采，工作面煤壁由采煤机等采落的煤装入前部刮板输送机， 而上都煤体则在矿山压力等作用下在工作面支架后方冒落并通过支架放煤口放入到工 作面内后部刮板输送机上。如果使用综采液压支架进行放顶煤开采，则称为“综采放顶 煤开采”。由于放顶煤开采产效高、成本低、投入产出效果好已得到广泛应用，大多数 采用综放开采的矿井都取得了良好的技术经济效果。综放工作面的最高年产量己超过 5 M r ／a 以上，工效达到2 0 0 t ／工以上。目前我国综采放项煤开采技术已处于世界领先 西安科技大学工程硕士学位论文 地位。综放开采将特厚煤层的储量优势变成了生产和效益的优势，综放开采技术已成为 我国厚及特厚煤层开采矿井实现集约化高效生产的技术发展方向。 1 ．2 ．2 国外放顶煤发展状况 早在本世纪初，欧洲就用放顶煤开采法，当时只是作为在复杂地质条件下的一种特 殊采煤方法。如法国使用的房式和仓式放顶煤开采法。此后，在2 0 世纪4 0 年代末，法 国、南斯拉夫等国正式开始应用长壁和短壁放顶煤开采法，工作面使用单体金属支柱和 顶梁以及刮板输送机进行炮采，我国在5 0 年代也试验过开采上下分层回收中层的长壁 放顶煤采煤法。 为了提高工作面产量和工效、减轻工人劳动强度，改善安全状况，1 9 5 7 年苏联首次 使用综采K 1 r Y 型掩护支架开采倾角5 0 ～1 8 0 、厚度9 ～1 2 m 的特厚煤层，工作面先预采 顶部煤、铺底网然后沿煤层底板开采，在工作面向中间煤体打眼放炮崩酥，再通过K T Y 支架顶梁上的天窗放入工作面输送机。 法国在布朗齐、阿基坦、塞维涅等矿区全面推广综合机械化放顶煤开采，在杜菲内、 梅西克斯煤田急倾斜煤层采用水平分段放项煤开采。放项煤类型采用顶煤全厚冒落法、 坚硬顶板顶煤冒落法、顶煤分层冒落法三种类型。1 9 6 3 年研制了四柱式带有“香蕉”形尾 梁的自移式液压支架，1 9 6 4 年在布朗齐矿区试验取得成功。随后又研制出四柱支撑掩护 式液压支架，该支架带有掩护粱和四连杆机构，支架顶粱和掩护梁的两侧带有活动侧护 板，使支架有较好的封顶性和稳定性。7 0 年代末，法国玛雷公司又研制出F B 2 1 - - 3 0 S 型掩护式放顶煤液压支架，使放顶煤综采在法国取得较好的经济效益，工作面回采率达 到9 0 ％以上。 原南斯拉夫从1 9 6 2 年开始引进综放设备逐渐实现放顶煤机械化开采的。他们在施 塔拉矿、玛亚矿等矿分别采用威斯特伐利亚、道梯、玛雷及K T Y 液亚支架进行放项煤 开采。 匈牙利也是较早用放顶煤开采厚煤层的国家之一。在多罗戈、梅茨塞克、塔塔巴尼、 韦什普雷姆、博尔索德、阿尔米姆、尤卡伊、帕德拉戈科姆洛、达克西等矿采用放顶煤 开采。采用的支架有V H P - - 4 2 1 型、V H P - - 7 3 0 型、M V D D - - - 1 2 0 型、M V D D - - 1 2 0 ／2 型，前两种架型为高位放煤，后两种架型为中位放煤。上述四种架型均在∞年代生产 并投入使用。 捷克和斯洛伐克在7 0 年代采用放顶煤法开采厚煤层。在诺瓦基、齐盖尔、汉德洛 瓦矿使用了D V P 一- 5 A 型、1 K 7 0 ／9 0 0 t H D 型、M H W 4 5 0 0 - - - 2 0 ／3 0 型、2 M K E 型、 B M B ．_ 2 ．0 ／3 ．0 型放顶煤液压支架。 7 0 年代初，放顶煤支架基本是沿两条路发展完善的，一条路是原苏联、原南斯拉夫、 波兰、匈牙利等东欧国家在l 订．Y 支架基础上逐渐进行改进，把放煤口位置由最初在顶 2 l 绪论 梁前部放煤，改为在顶梁后部放煤，并使用液压支柱控制开闭，从这个方向发展的放顶 煤支架其主要特点是工作面仍使用一部运输机，尾梁封闭，属于支撑掩护式支架，另 一条路是法国、原西德、英国等西欧国家，在法国香蕉型支架基础上不断发展，其主要 特点是在支架前后布置两台输送机，放煤1 2 1 改为用千斤顶带动可伸缩掩护板，为了加 强支架的稳定性，在中问加上单片或双片四连杆，例如法国生产的M B 系列放顶煤支架。 到目前为止，东西欧各国及我国相互吸收各自所研制的放顶煤液压支架长处，已制造出 多种类型支架。 随着世界能源结构的调整，由于对煤炭需求量的下降和开采条件的恶化等多方面原 因，使欧洲、特别是西欧很多国家的煤炭工业萎缩，其放顶煤开采技术也就未能继续发 展。美国、澳大利亚、南非等世界产煤大国，则主要由于其开采的煤层赋存条件特殊而 基本没有发展放顶煤开采技术。自8 0 年代后，世界特厚煤层放顶煤开采及其技术发展 中心均集中在中国。随着我国综采放顶煤开采取得的巨大成功和世界能源形势的变动， 综采放顶煤开采技术已引起了世界产煤大国的关注，最近澳大利亚正在积极准备引进我 国的综采放顶煤开采成套技术。 1 ．2 ．3 国内放顶煤发展状况 我国8 0 年代初开始引进机械化放顶煤开采技术，1 9 8 4 年第一套国产综采放顶煤支 架n 伸D O 1 4 ／2 8 在沈阳蒲河矿下井试采。经过近2 0 年的时间，放项煤综采从无到有， 从试采到开始推广使用，无论从开采工艺的研究和装备设计制造方面都已积累了大量宝 贵的经验，其优越性已被人们所认识、接受。 1 9 9 3 年潞安矿务局王庄矿使用综采放顶煤开采年产原煤2 ．5 3 M t 、工作面平均月产达 到0 ．2 1 M t 、最高月产达到0 ．3 1 0 9 M t 、最高日产达1 6 0 0 0 t 、回采工效高达1 1 0 ．8 t ／工， 工作面回采率达8 5 ％以上，创全国综采最高水平；2 0 0 0 年兖州东滩矿使用综放开采年 产原煤5 ．2 0 M t ，可以说，我国综采放项煤开采技术已处于世界领先水平。 我国厚煤层产量比重约占原煤总产量的4 5 ％，有1 5 个省4 6 个矿务局赋存5 m 以上 的特厚煤层。自1 9 8 4 年以来，很多矿井采用综采放顶煤技术开采厚及特厚煤层，取得 了很好的经济效益。 目前，我国放顶煤液压支架有3 0 多种型号，对于不同地质条件，应选用不同架型的 支架，支架适应地质条件的程度，直接影响工作面的产量和效益。放顶煤液压支架按其 具有输送机个数可分为两大类型 第一类为双输送机液压支架，双输送机的支架又可分为以下两种 1 插板式或摆尾梁式低位放顶煤支架。这种支架放煤机构由掩护梁放煤插板及千斤 顶组成。掩护梁摆动范同为0 0 ～3 0 0 ，伸缩的放煤插板或摆动的尾梁由液压千斤顶控制。 支架的最大特点是低位放煤，煤尘小、放煤空间大、不易堵塞，为放煤创造了良好条件。 3 西安科技大学工程硕士学位论文 j I I I ■■●●■■■■●■_ _ ■■■_ ■_ ■■●■■■■■_ _ ■●_ _ ●■_ ■●●_ ■■●■■●■■■■■●■■●■■■■■●■■■■●■j ●■■■目■●■一 这类支架顶梁一般较长，如F S 2 8 0 - - 1 4 ／2 8 型顶梁长为4 0 0 0 r a m ，Z F S 5 2 0 - - 1 7 ／3 2 型 顶梁长为3 7 5 0 m m 。支架合力作用点距煤壁较远，有较强的切顶能力。但早期这种支架 四连杆机构刚度和强度较差，因而支架的抗扭和承受侧向力较弱，不宜受偏载，稳定性 差，项梁与尾梁连接处易损坏，在地质条件变化较大的煤层中不太适应。其后由一些铺 底网支架改造和发展而成的支架在相当程度上改善了这种状况。现在新研制的的这种支 架的稳定性和性能都有了很大地提高。这种支架适应范围广、使用效果好，现已成为综 放开采的主流架型。 2 掩护梁开天窗中位放顶煤支架。这种支架又分为单铰接掩护梁和 四连杆掩护粱，均属中位放煤。单铰接掩护梁放煤机构由千斤顶和小插板组成，放煤板 可以伸缩，可以向上摆动3 4 。～4 5 。、向下摆动1 8 0 ～4 7 0 ，对松动顶煤和破碎大块煤是有 利的。这种支架受力状态好，有较强的抗扭能力，抗偏载能力强，有较高的稳定性，支 架不易被损坏。但中位放煤，粉尘量较大，后部输送机槽帮与支架之间易卡浮煤，移溜 千斤顶易受损坏，割煤高度不同，端面距有较大变化。这种支架有z F s 4 4 0 1 ．6 5 ／2 ．6 型，适用于中硬煤；四连杆掩护梁支架，使顶梁随采高变化保持双纽线运动轨迹，限制 端面距的变化，有利于控制端面冒落。这种支架同样有受力状态好、抗扭和受侧向载荷 能力强、稳定性高、不易被损坏等优点。但是，四连杆的存在，使支架后部空间缩小， 后部输送机移动受到影响，不利于检修，且放煤时煤尘较大。典型支架是F Y C 4 9 4 一1 6 ／2 8 型系列。 第二类为单输送机液压支架。 这种支架是在匈牙利V I - I P 一7 3 0 型放顶煤支架基础上发展起来的。它最大特点是采 用一部输送机，设备简单易于管理、工作面端头维护简单、不需要过渡架，支架强度高、 稳定性好。其缺点是高位放煤、煤尘大、工作环境恶劣、采放不能平行作业、工作面推 进速度慢、产效低，放煤口距煤壁较近，容易造成顶煤切顶线前移，引起工作面端面漏 顶和片帮，影响正常生产；放煤时不能行人，没有安全出口，输送机在底座上，装煤效 果差。这类支架有V H P - - 7 3 2 型和2 F D 4 0 0 0 - - - 1 7 ／3 0 型。现单运输机液压支架已基本被 淘汰。 1 ．3 研究的主要目标和内容 项目研究的目标针对红会煤田特厚煤层小窑破坏性开采的特点，通过对工作面设 计与巷道布置及施工工艺技术、综合防灭火技术和改制支架适应性及“三机”配套合理性 的研究，实现对小窑开采区资源的综放复采和资源的最大化回收，有效扼制小窑的继续 延深破坏，使矿井达到安全高效、合理集中生产和提高经济效益的目的。 项目研究的主要内容利用电法勘探技术，结合长、短钻孔探测小窑开采区位置范 围的研究特厚易燃煤层小窑破坏区综放工作面巷道布置与施工技术研究；特厚易燃煤 层小窑破坏区综放工作面综合防灭火技术研究；改制支架综放复采小窑破坏区适应性与 4 l 绪论 “三机”配套技术研究； 1 ．4 研究得主要技术路线 本课题研究采用电法探测与钻探、巷探相结合的综合勘探技术，界定小窑开采区域， 合理进行综放工作面的设计与巷道布置，通过采用黄土灌浆充填为主，辅以喷洒阻化剂、 注氮、注凝胶的综合防灭火技术和穿越小窑老空的巷道施工技术，治理小窑开采所遗留 的老空老巷的水、火、瓦斯等有害气体，形成良好的生产系统；通过小窑开采区域综放 复采的试验，综合评价改制支架适应性与三机配套的合理性，达到以综采放顶煤开采小 窑破坏区的目的。该技术的研究攻克了红会煤田各矿井小窑破坏性开采区复采的一系列 技术难题，全面提高了安全生产水平和经济效益，对建设高产高效矿井，提高小窑破坏 区的资源回收率，提高矿井效益具有深远的意义，该课题的研究成功，不仅为遭受小窑 严重破坏的矿区提供成功的安全生产、高产高效技术经验，提高资源回收率，而且也可 为资源接近枯竭的矿井作为借鉴。 5 西安科技大学工程硕士学位论文 2 靖远矿区自然地理及煤田地质概况 2 ．1 自然地理及矿井分布概况 靖远矿区位于黄河上游甘肃省中部干旱地区，地处白银市境内。白银市地理坐标为 东经1 0 3 。3 37 0 0 ”～1 0 5 。3 4 ’o o ”，北纬3 5 。3 3 ’0 0 ’～3 7 0 3 8 ’0 0 ’．东与宁夏回族自治区的 海原、西吉县接壤，北及东北与内蒙古自治区阿拉善左旗及宁夏回族自治区中卫县连接。 靖远煤业有限责任公司所在地位于白银市西北部的平川区，距白银市6 5 k i n ，距兰州市 1 4 0 k i n ，距银川市2 0 0 k i n 。通往各生产矿的铁路专线经长征站至白银西站与包兰线接轨。 矿区公路向西 k m 与1 0 9 国道及丹拉高速相接，交通条件极为便利。 靖远矿区地处陇西黄土高原与蒙新高原的交会地带，境内地形破碎，丘陵连绵，区 内自古生代前寒武系至新生代第四系地层均有出露。地形以沙川、丘陵、山地为主要特 征，海拔高度 1 5 5 0 m ～ 2 4 0 0 m 。整个矿区地势东北高、西南低。 矿区属北温带大陆性干旱气候，特点是光热资源丰富、温差大、降水少、干旱多风。 年平均气温零上7 ．8 ℃，最高气温零上3 6 ．5 ℃，最低气温零下2 9 ．7 ℃。冻结深度6 0 ～ l O O c m 。全年主导风向为西北风．年平均降雨量在2 0 0 ～2 7 0 m m 之间，多集中在7 、8 、 9 三个月，年蒸发量1 4 4 9 ～1 9 5 5 m m 。自然灾害有干旱、大风、沙尘暴、霜冻、冰雹等。 矿区内无常年性地表径流，红会煤田的紫泥砂河、宝积山煤田的大水头砂河为较大 的季节性河流，河面最宽达3 0 0 m ，平时干涸无水，遇暴雨易形成洪水，发生灾害。黄 河沿平川区西南蜿蜒向北流过，距靖远矿区行政办公中心宝积镇约1 5 k i n ，是该地区主 要的生产和生活水源。 矿区处于中国科学院编制的‘全国地震区域划分图所划分的七级强地震区内。中 国科学院兰州地震大队在‘关于靖远煤矿场地地震烈度意见中提出“靖远矿区的红会 等地的基本烈度均作8 度考虑”。 靖远矿区分布有大宝、红会、王家山、磁窑、井 f A i l 等5 块煤田．其中大宝、红会 和王家山3 个自然煤田由靖远煤业有限责任公司开采。大宝煤田地貌形态以低山丘陵及 黄土梁峁冲沟地形为主，东西长1 6 k i n ，南北宽3 k m ，含煤面积3 7 ．I k m 2 ；红会煤田地貌 形态为宽缓的山间盆地，南北长9 1 a n ，东西宽2 ．O k m ，含煤面积约1 8 ．6 k m 2 ；王家山煤 田以剥蚀地貌为主，地形复杂，山势陡峻，含煤面积约9 k i n 2 。 2 ．2 靖远煤业公司采煤方法改革发展历程 靖远煤业有限责任公司是原煤炭工业部直属的国有重点煤炭企业之一，1 9 9 8 年下放 到甘肃省管理，2 0 0 1 年由原靖远煤业公司改制为股份制公司。是一座以煤炭工业为主发 6 2 靖远矿区自然地理及煤田地质概况 展起来的国有大型重点煤炭企业，也是甘肃省最大的动力煤生产基地，为甘肃省的社会 经济发展提供了充足的能源，为我国航天、国防、冶金与核工业的起步与发展提供了重 要的动力基础，为国家经济建设和地方经济发展做出了突出贡献。 靖远煤业有限责任公司开采红会、大宝和王家山3 个自然煤田，矿区东西长5 0 k i n ， 总面积1 5 0 0 k m 2 ，地质储量1 1 ．6 亿t 。靖远矿区是甘肃省以特厚煤层为主的大型骨干矿 区，特厚煤层占可采煤层总储量的9 3 ％，具有比较明显的资源优势。下设红会第一煤矿、 红会第四煤矿、大水头煤矿、魏家地煤矿，王家山煤矿等5 个生产煤矿、8 对矿井以及 近2 0 个生产辅助、生活服务、多经三产等单位。全公司设计生产能力为6 6 6 万以，2 0 0 5 年生产原煤7 6 9 ．5 万t 。2 0 0 5 年底全矿区保有工业储量8 0 0 4 4 ．4 万t ，可采储量4 9 1 5 4 ．9 万t ，历年来被小窑破坏储量7 4 0 0 万t ． 矿区原设计为小井群开采方式，矿井的建设投产标准低、生产规模小、布置密度大、 机械化程度低，是典型的“小、散、密、低”的布置方式，极大地制约了矿井的生存与发 展。上世纪八十年代初，靖远煤业公司 靖远煤业公司 开始了漫长的采煤方法改革历 程，大力发展以综采放顶煤为主导的多层次放顶煤开采技术，先后成功的解决了急倾斜 煤层、煤与瓦斯突出、高瓦斯易燃、坚硬煤层及急倾斜特厚煤层综采放顶煤开采技术， 为公司的改革与发展提供了技术支撑和强劲动力，到本世纪初，形成了独具特色的多层 次、多类型综放开采技术体系。有王家山煤矿急倾斜煤层摩擦支柱斜切分层放顶煤采煤 方法；王家山煤矿急倾斜特厚易燃煤层滑移支架水平分层放顶煤采煤方法王家山煤矿 急倾斜特厚煤层轻型支架综采放顶煤技术；王家山煤矿急．倾斜特厚易燃煤层走向长壁 综放开采技术；红会一矿缓倾斜特厚易燃煤层滑移顶梁液压支架倾斜分层放顶煤采煤方 法；红会煤田缓倾斜特厚易燃坚硬煤层大放高综采放顶煤技术；魏家地煤矿缓倾斜具有 煤与瓦斯突出危险的特厚松软易燃煤层综采放顶煤技术；宝积山煤矿高瓦斯大倾角网下 z w M ， - _ 2 2 0 0 型网格支架放顶煤技术研究。 2 ．3 靖远矿区小窑分布情况 靖远煤业有限责任公司是由原靖远煤业公司改制而成的省属国有大型煤炭生产企 业，开采红会、大宝、王家山三个煤田，下属五个生产矿。近年来，在各级政府的正确 领导和上级主管部门的大力支持下，公司坚持科学的发展观，认真贯彻落实煤炭工业发 展的一系列方针政策，大力实施科技兴煤战略，企业的整体技术水平显著提升，生产能 力持续增长，现实际生产能力8 0 0 万蚀以上，已成为我省重要的动力煤和出口煤基地 之一，为甘肃经济发展和社会进步提供了可靠的能源保障。但是，和国内其他煤炭开采 矿区一样，靖远矿区范围内小煤矿星罗棋布，上世纪9 0 年代中期，小煤矿开采最为鼎 盛，高峰期数量多达3 9 3 个，仅红会矿区1 8 ．9 k m 2 的范围内就有1 8 0 多个，其生产总规 模在3 8 0 万t ／a 以上。 7 西安科技大学工程硕士学位论文 2 0 0 0 年以来，地方政府在小煤矿清理整顿方面做了大量的工作，依法取缔关闭了 大量违规开采的小煤矿。现周边保留有地方小煤矿6 3 处，其中红会矿区3 1 个，王家山 矿区2 5 个，大宝矿区7 个，从而有效地规范了煤炭开采秩序，维护了企业利益，促进 了靖远煤业公司以及甘肃省煤炭产业的健康发展。根据2 0 0 5 年省矿井生产能力专家核 定确认，目前矿区周边小煤矿保有储量1 0 0 万t 以上，有赋存条件较好的整块资源，生 产能力在6 万t ／年以上的矿井共有7 个；保有储量在1 0 0 万t 以下，年生产能力不足6 万t 的矿井，共有5 个，资源已枯竭；年生产能力不足3 万t 的矿井，共有5 1 个。 1 矿区井田范围内小窑管理现状与危害 ①小煤窑一般划定的范围都是开采边角零星的煤炭资源，许多小煤矿无图纸，无 设计，无作业规程随意开采；有的不形成系统，采用两个井口或多个井口出煤，随意开 采；而且大部分开采技术和装备落后，井下通风系统混乱；多采用独眼井，自然通风， 机电运输设备状况差，明电、明火、机电设备失爆现象普遍，多数矿井未实现“五消灭”， 不具备最起码的安全生产条件。 ②管理人员素质较低，职工又大多都是农村剩余劳动力，缺乏煤矿安全生产意识 和技术操作知识，预防和处理事故的能力差，经验少，特别是管理上混乱，片面追求产 量，冒险蛮干，不讲科学和技术。 ⑧煤业公司对小煤窑管理采取的办法一是让小煤矿之间互相监督，只要有人反映 某个小煤矿有超层越界的现象，就按管理的办法组织人员进行测量，如果情况属实，煤 业公司应该请求地方政府予以帮助解决；如果小煤矿用的是大矿电，就应该进行停电处 理；二是大矿定期进行监督或进行测量，按照定期或不定期的测量监督的管理方式，杜 绝小煤矿之间的互相包庇。小煤矿对超层越界的严重问题经常以井下瓦斯大、顶板不好、 安全不保证的理由为借口，想尽办法应付大矿的监督检查。致使煤业公司对小煤矿的安 全监督始终不能到位，从而导致各种事故的频繁发生。 2 靖远矿区小煤矿生产状况 小煤矿采煤方法均采用巷柱式采煤法，开采和生产管理技术落后，资源回收率仅 为2 5 ％，浪费严重，安全投入严重不足，对采空区未采取灌浆防灭火等综合治理措施。 大部分资源枯竭小煤矿，违法超层越界侵占大矿资源，肆意破坏保安煤柱，越界 长度少则几百米，多的成千米，屡次与大矿工作面贯通，造成矿井通风系统短路，风流 紊乱。破坏性开采遗留的老空、旧巷聚集大量水和有毒有害气体，贯通后易引发透水事 故、有毒有害气体溢散中毒窒息事故和火灾事故。小煤矿破坏造成靖煤公司生产矿井无 法布置正规工作面，煤炭损失量大，截至2 0 0 5 年底，资源损失达1 1 0 0 1 ．9 万t ，矿井服 务年限缩短l O ～2 4 a 。2 0 0 4 年红会四矿“6 ．7 ，’小窑透水事故，使3 4 名职工被困井下，虽 因抢救及时，侥幸脱险，但事故的发生说明小窑灾窖的严重性，为靖煤公司构建本质安 全型绿色开采矿井带来巨大困难。 8 2 靖远矿区自然地理及煤田地质概况 小煤矿落后的开采技术、淡泊的资源意识和利益驱动下乱挖滥采、超层越界、破 坏煤柱等无序开采行为，不但造成资源的巨大浪费，而且开采造成地表塌陷、房屋裂缝、 铁路下沉和地下水位下降，灾害防治几乎空白，不仅严重破坏矿区的生态环境，而且屡 次制造事端，加剧地企矛盾，极大的影响了周边地区居民及矿区的正常生产秩序和生活， 制约了靖煤公司可持续发展，为地区经济发展造成不利影响。 矿区周边6 0 多处小煤矿乱挖滥采、超层越界、破坏煤柱等无序开采行为愈演愈烈， 不但造成资源的巨大浪费，而且引发多起安全事故。同时，开采造成的地表塌陷、房屋 裂缝和地下水位下降，不仅严重威胁矿区的安全生产，而且极大的影响了周边地区居民 的生产和生活。另一方面，小煤矿分散经营，各自为政，竞相压价，恶性竞争，严重阻 碍了靖远煤业公司以及白银地区煤炭产业的健康发展。 由于小煤矿的开采都采用乱挖滥采、超层越界、破坏煤柱等无序开采的行为进行开 采，对大矿的安全生产构成极大的威胁，在大矿的巷道掘进及工作面生产过程中，经常 发生大矿的生产工作面或者巷道与小煤窑的老空老巷贯通的情况，致使巷道无法按设计 正常施工，工作面无法按照设计进行开采，甚至发生安全事故等严重危及矿井及职工生 命财产安全的问题。 ’ 会宁县红会煤矿在该区域继续进行破坏性开采，造成1 6 0 3 工作面回风及回风联巷 压力大，巷道变形严重，维护困难。 六采区回风巷西端掘进面距长征煤矿边界2 2 0 m 时，与小窑空巷贯通，经实测空棚 连片，破坏严重，有害气体超限，被迫封闭停掘，致使六采区回风系统无法形成，矿井 生产接续失调。 在实旎掘进和探测工程时，发生了多起威胁矿井安全生产的事故。主要为 ①1 9 9 7 年1 2 月，1 6 0 4 工作面切眼被小窑正在回采的空棚贯通，造成溜子机尾埋压， 风流短路，有害气体超限，切眼无法施工至设计位置，1 6 0 4 工作面切眼被迫缩短6 0 m 。 ②1 9 9 7 年1 0 月，1 5 0 2 工作面切眼与正在生产的靖远县石门乡煤矿一下山贯通，造 成风流短路。经实测，贯通区存在大面积的回采空棚，已遭受严重破坏，1 5 0 2T 作面被 迫缩短 0 m 。 ③2 0 0 0 年6 月，1 5 0 3 工作面机道掘进实施长距离超前探孔时，与小窑空棚探通， 放出积水，由于出水压力大，无法及时排放，造成巷道被淹，停产达l O 天，共排放小 窑积水5 ．2 万m 3 ，经补钻进一步探明空棚面积大，机道无法继续施工，1 5 0 3 工作面被迫 缩短3 0 m 。 ④2 0 0 1 年2 月实施1 5 0 6 工作面准备工程，1 5 0 0 一石门掘进面超前探孔与小窑空 棚探通，涌出积水并有C O 气体，封闭灌浆停产8 个月。经综合治理后继续掘进至1 2 月份又与空棚探通，通过对贯通小窑实测，发现采空范围大，并有发火征兆。总共捧放 小窑积水6 万m 3 。 9 西安科技大学工程硕士学位论文 ⑤2 0 0 2 年1 月，1 5 0 6 工作面北回风巷与小窑空棚探通，放出积水3 ．6 万m 3 ，停掘 2 0 天。2 0 0 2 年5 月南回风巷与小窑空棚探通，放出积水2 ．8 万m ，由于空棚治理难度 大，停掘两个月。 ⑥2 0 0 4 年4 月，1 3 0 8 工作面机道掘进时，超前探孔与小窑空棚探通，探孔内涌出 大量C O 等有害气体，工作面被迫缩短3 0 m 。 ⑦2 0 0 4 年9 月至2 0 0 5 年5 月，由于现生产小窑的越界破坏性开采，1 3 0 6 I 作面回 风巷及切眼多处与空棚贯通，经实测和钻探，其外围已被小窑采空，采空区发火，工作 面被迫缩短4 0 m 。 ⑧六采区回风巷东端掘进面与小窑空棚探通，空棚内发火，引起高温和有害气体 聚集，施工无法正常进行，回风系统无法形成，严重影响矿井安全生产。其准备工程为 走向7 0 0 m 的运输大巷和运输上山、转载煤仓都己完工，但经探测，4 4 0 l 、4 4 0 2 工作面 已遭小窑破坏，无法实施掘进工程，准备工程全部报废。 1 0 3 电法探测小窑采空区 3 电法探测小窑采空区 3 ．1 序言 靖远煤业有限责任公司所属红会矿区多年来由于小煤窑无序性开采造成的破坏，形 成了大量的废弃采空区，且小窑采空区普遍积水，致使矿井突水事故时有发生，造成矿 井多次停产，这给矿井互规生产带来安全隐患。因此，查明勘探区内小窑采空区及积水 情况已成为当务之急。鉴于此，靖远煤业有限责任公司为满足勘探区工作面布置及矿井 安全生产之需要，委托甘肃煤田地质局综合普查队对该项目进行了可行性论证及调研工 作。并于2 0 0 2 年3 月初组织有关技术人员对勘探区进行了实地踏勘 以红会一矿五、 六采区为勘探区 。并于4 月4 日4 月1 4 日进行了野外方法有效性试验工作，提交了 试验成果报告。该成果经矿方验证，其结论为“本次试验结果基本符合井下实际，该 方法可行有效”．勘探区内电法勘探小煤窑采空区工作地质任务为 1 查明小窑采空区及小窑空巷的边界范围、面积和埋藏深度，其误差不超过 l O m 。 2 查明小窑采空区及小窑空巷的积水情况。 3 其它地质异常情况。 3 ．1 ．1 勘探区范围 一矿