活鸡兔井1^-2煤复合区采煤方法论证.pdf

收稿日期２０１９－１０－１１作者简介乔大良（１９８２），男，河南南阳人，２０１０年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，硕士，工程师，现从事矿井生产管理方面的工作。活鸡兔井１－２煤复合区采煤方法论证乔大良（神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西神木７１９３１５）摘要适宜的采煤方法是建设高产高效矿井的关键。为满足活鸡兔井１－２煤复合区的开采需求，结合采煤方法的选择原则，选择综采放顶煤采煤法对复合区煤层进行开采。从复合区煤层的倾角、厚度、围岩性质及地质构造和含水性等多方面因素分析该煤层选择综放开采的原因及必要性，并对管理水平以及员工综合素质、综放开采冒放性（自动垮落性）等有利因素进行论述。后续的工作面回采实践结果表明，综采放顶煤采煤方法采放比适中，开采有序，安全性强，为其他类似煤层的开采提供了一定借鉴。关键词复合区煤层；采煤方法；综采放顶煤；冒放性中图分类号ＴＤ８２３文献标志码Ｂ文章编号１６７１－７４９Ｘ（２０２０）０３－００７７－０３Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆ１－２ｃｏａｌｓｅａｍｃｏｍｐｏｕｎｄａｒｅａｉｎＨｕｏｊｉｔｕｍｉｎｅＱＩＡＯＤａ  ｌｉａｎｇ（ＤａｌｉｕｔａＣｏａｌＭｉｎｅ，ＳｈｅｎｄｏｎｇＣｏａｌＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｍｕ７１９３１５，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅｋｅｙｔｏｂｕｉｌｄａｈｉｇｈｙｉｅｌｄａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｉｎｅ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｏｆｔｈｅ１－２ｃｏａｌｃｏｍｐｏｕｎｄｚｏｎｅｉｎＨｕｏｊｉｔｕｍｉｎｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｆｕｌｌｙｍｅｃｈ  ａｎｉｚｅｄｃａｖｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｍｉｎｅｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｒｅａ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｉｐａｎｇｌｅ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｓｕｒ  ｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄａｒｅａ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓａｎｄｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｃａｖｉｎｇｍｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍｗｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆａｖｏｒａｂｌｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｌｅｖ  ｅｌ，ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔａｆｆａｎｄｔｈｅｃａｖｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｍｉｎｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｃａｖｉｎｇｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｌｏｗｔｕｎｎｅｌｉｎｇｒａｔｅ，ｈｉｇｈｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅａｎｄｇｏｏｄｓａｆｅｔｙ，ｗｈｉｃｈｐｒｏ  ｖｉｄｅｓｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｍｉｎｉｎｇｏｆｏｔｈｅｒｓｉｍｉｌａｒｃｏａｌｓｅａｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏａｌｓｅａｍｃｏｍｐｏｕｎｄａｒｅａ；ｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；ｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｃａｖｉｎｇｍｉｎｉｎｇ；ｃａｖｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ０引言复合区煤层作为活鸡兔井１－２煤层特殊的一部分，从煤层厚度、围岩性质等多方面决定了普通的采煤方法已经不适应现实煤层的开采［１－４］。１－２煤层平均厚度一般在４．３ｍ左右，普通的长壁后退式全部垮落综合机械化一次采全高的采煤方法能够满足该煤层厚度开采的需要，而复合区煤层平均厚度在６ｍ左右，５ｍ采高支架等配套设备满足不了该厚度的开采，丢煤、露煤现象严重且开采过程中安全性差。为此，结合配套设备选型、采煤的安全性及经济性等指标，从多方面论证选择综采放顶煤采煤法对复合区煤层进行开采的正确性。１采煤方法的选择原则及制约因素１．１采煤方法的选择原则影响采煤方法的主要因素采煤方法是地下采７７第３期乔大良活鸡兔井１－２煤复合区采煤方法论证煤时，区段或采煤条带内的巷道布置方式和回采工艺及其相互配合的总称，适宜的采煤方法是建设高产高效矿井的关键［５－７］。影响采煤方法的因素很多，概括起来主要有地质构造、煤层埋深、煤层赋存状况、煤层厚度及硬度、煤层结构、顶底板条件、煤质条件及矿井生产能力等。同时，矿井技术管理水平和职工素质对采煤方法也有影响，因而提高职工特别是采掘一线工人的素质，对发展高产高效综采、提高安全程度具有十分重要的作用。选择原则选用何种采煤方法，应视煤层地质条件和开采的经济条件而定，以最大限度地满足工作安全、产量大、效率高、煤质好、成本低和煤炭回采率高等要求［８－１１］。采煤方法的选择要结合矿区煤层的实际情况，保证安全的前提下尽可能降低所需成本，并保证一定的煤炭开采率，简而言之就是安全性、经济性和煤炭回采率高的原则，三条原则必须同时满足，缺一不可，否则都是不可靠的采煤方法［１２－１４］。１．２复合区煤层采煤方法的制约因素煤层倾角采煤过程中煤层倾角是影响运煤、落煤的主要因素，井下通风系统、巷道布置等方面都要考虑煤层倾角的变化及大小。活鸡兔井复合区煤层倾角大约在１～３之间，近水平工作面，综采工作面安装过程中，综放设备容易放置，在开采过程中，放煤稳定，支架倾倒及机械事故少，可以有效保证作业人员安全，符合采煤方法的安全性原则。煤层厚度煤层厚度也是影响着采煤方法选择的一项重要因素，不同的煤层厚度，决定了不同的采煤方式。薄煤层和中厚煤层及厚煤层相比，采煤方法决定了设备选型，中厚煤层和厚煤层可以采用一次采全高方法，煤层厚度决定采煤方法的不同，活鸡兔井复合区煤层厚度达１０ｍ以上，平均厚度在６ｍ左右，采动空间大，直接顶垮落充分，老顶的弯曲变形量大，对工作面的周期来压强度提高，顶煤破碎效果好，这样的煤层厚度利用综采放顶煤开采放煤充分，减少煤炭的浪费，提高了回采率。煤层围岩煤层围岩的软硬、结构及物理特性也直接影响着采煤设备的选择。煤层围岩性质的不同，决定了巷道的支护方式和采空区的处理方式，顶底板的稳定程度影响着综采工作面支架及其它设备配套选型的参数，复合区煤层层理清晰、裂隙发育，这使得顶煤在矿山压力的作用下沿顶煤节理持续不断的发育至断裂破碎成碎块状散体，加强了顶板的破碎程度，这样的围岩性质，有利于综采放顶煤煤层的自动垮落，复合区煤层围岩性质适合综放采煤方法开采。地质构造及煤层稳定程度煤层存在的断层、褶皱等地质构造以及煤层的稳定程度也同样制约着采煤方法的选择。煤层薄且稳定一般采用普通的综采技术可以实现快速开采，反之，不稳定的复杂煤层就需要考虑特殊的采煤方法。复合区煤层结构简单，煤层厚度稳定，煤质变化小，开采范围大，属于稳定型煤层。该煤层厚度平均６ｍ左右，普通的综放开采技术完全适合该煤层的开采。煤层含水性及瓦斯煤层的含水性及瓦斯存在状况也是选择采煤方法需要考虑的因素。煤层的含水性决定了抽排水系统的布置样式和设备选型，含水量大，就需要考虑应急措施和检测设备；同样，煤层瓦斯量大，就需要提前考虑瓦斯抽排工作及防突措施。根据活鸡兔井２０１６年瓦斯等级鉴定报告，复合区煤层绝对瓦斯涌出量为０．４１ｍ３／ｔ，最大绝对瓦斯涌出量为０．５１ｍ３／ｔ，属于低瓦斯工作面。该煤层有３个充水水源，分别是地表水、基岩裂隙水、上覆采空区积水。地表水主要为中部束鸡河，水量不大，受季节影响大；基岩裂隙水火烧区整体富水性少，裂隙不发育，水存在可能性不大；复合区工作面整体向回撤通道方向倾斜，局部低洼处可能有一定的积水，布置工作面前整体打孔施工探放水可以提前预防工作面透水的发生。复合区煤层顶板长期被１－２上煤层采空区积水浸泡，对复合区煤层工作面顶板岩性有一定的弱化作用，经过软化后的煤层硬度大大降低，更利于煤层的自动垮落，基于以上分析，复合区煤层整体富水性弱，在选择采煤方法时该因素影响不大，普通的综放技术可以满足回采需要。生产技术和设备生产技术和设备的整体水平也是制约采煤方法选择的客观因素。随着采煤技术日新月异的发展，陈旧的采煤方法及设备都逐渐被淘汰，先进的采煤技术和设备使得一些采煤方法不断变化来适应各类煤层。神东煤炭集团作为中国煤炭企业的龙头，有着雄厚的经济基础和智力支持，伴随着井下开采机械化程度逐步提高，综放开采方法在神东矿区特厚煤层开采过程中逐步显现出它的优越性。在此客观条件下，选择综放开采技术开采复合区煤层是个正确的决策。８７陕西煤炭２０２０年２有利因素分析２．１管理水平以及员工综合素质大柳塔煤矿综采二队管理水平及员工的整体素质能够满足综采面综放采煤方法对技术及管理水平的要求。大柳塔煤矿经过多届领导的共同努力，实现了采煤粗放到集约型的转变，管理制度进一步完善，管理水平进一步提高，实现了大柳塔煤矿发展的良性循环。近年来，大柳塔煤矿依照国家及公司的指导方针，大力加强员工在技术及品德方面的培训教育工作，使员工整体素质水平得到很大的提升，为大柳塔煤矿活鸡兔井高效、快速发展提供了可靠的内部保障。２．２综放开采冒放性（自动垮落性）放煤厚度及大阻力放顶煤支架复合区煤层放煤厚度小，对顶煤的破碎程度及冒放性的提高都是有益的。复合区煤层厚度达１０ｍ以上，在回采期间，采动空间大，直接顶垮落充分，老顶的弯曲变形量大，对工作面的周期来压强度提高，顶板破碎效果良好，冒放性得到提高。采用大阻力放顶煤支架可实现高工作阻力对顶煤反复支撑造成的顶煤破碎作用，从而使复合区综采工作面顶煤具有良好的冒放性。分层开采及老塘积水复合区煤层采用分层开采的采煤方法，直接顶经过上分层回采过程中的顶板压力反复碾压；该煤层工作面顶板沿煤层发育裂隙破碎，这对煤层的自动垮落、提高冒放性有一定的作用。１－２煤采空区老塘积水长期浸泡复合区工作面顶板，对顶板岩性具有一定的弱化作用，经过水的软化，开采过程中顶板自动垮落性加大。上层位垮落带及支架控顶距１－２上煤开采过后，复合区煤层工作面上覆为１－２煤层的采空区垮落带，在回采过程中，上层位垮落带的破碎散体在老顶来压期间对顶煤有一个施压的作用，提高了顶煤的破碎程度。采用放顶煤采煤方法支架控顶距大，控顶距越大顶板弯曲变形量越大，矿山压力显现愈发明显，从而老顶对顶煤的压力就越大；这样就能使空顶区范围内的顶煤在矿山压力和支架反复支撑的作用下得到充分的破碎，使得复合区煤层综采面顶板破碎效果进一步增强，为顶煤冒落区的充分冒落创造了有力的条件。以上陈述了复合区煤层选择综放开采的有利条件，１２下２０４及１２下２０６工作面回采过程中，综放采煤方法彰显了其巨大的优越性，边采边放，采放比适中，开采有序，安全性强，整体回采率高达９３％，从理论到实践证明了选择综放采煤方法的正确性。３结语基于先天地质条件，从理论到实践分析了活鸡兔井复合区煤层开采选择综放采煤方法的可行性，结合活鸡兔井复合区煤层的厚度、现有的设备条件以及矿井的现代化管理水平和工人的整体综合素质，从安全生产、经济效益最大化、回采率高３个方面展开分析，得出复合区工作面选择综放采煤法的正确性和合理性。选择综放采煤法，实现了活鸡兔井安全、高效生产，减少了煤炭损失，最终提高了大柳塔煤矿整体经济效益，同时对其他类似煤层的开采提供了一定借鉴。参考文献［１］张彦武．综采放顶煤坚硬顶板弱化方法研究［Ｊ］．煤，２０１８，２７（１２）８９－９１．［２］王明．综采放顶煤开采技术及实施要点［Ｊ］．陕西煤炭，２０１９，３８（２）１７４－１７６．［３］钱鸣高，许家林．煤矿绿色开采技术［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００３，３２（４）２５１－２７９．［４］杨岁寒．综采放顶煤工作面冲击地压微震事件分布规律研究［Ｊ］．能源与环保，２０１９，４１（９）５２－５６．［５］许孟和，王慧杰．古城煤矿综放工作面顶煤冒放性分析［Ｊ］．煤，２０１９，２８（１２）７６－７７，８６．［６］范鹏宏，聂百胜．综放孤岛工作面微震能量分形研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１９，５０（１０）２９－３３，３９．［７］刘志军．大采高综采放顶煤工作面支护阻力研究［Ｊ］．中国矿山工程，２０１９，４８（５）３０－３２．［８］韩涛．经坊矿边角煤综采放顶煤开采实践［Ｊ］．陕西煤炭，２０１９，３８（５）１３１－１３４．［９］宗长龙，王稳世，华康．综采放顶煤开采存在的问题与对策分析［Ｊ］．技术与市场，２０１９，２６（１２）１７９－１８０．［１０］沈宇．综采放顶煤开采可行性分析研究［Ｊ］．科学技术创新，２０１７，２１（２５）９７－９８．［１１］韩立东．煤矿综采放顶煤回采率提升的技术措施［Ｊ］．山西能源学院学报，２０１７，３０（３）２７－２８．［１２］王虎．难采复杂地质条件下综采放顶煤工艺回采分析［Ｊ］．煤炭与化工，２０１７，４０（１２）４７－４８，５１．［１３］康鑫，薛忠智，蒋威，等．综采放顶煤工作面顶煤破碎机理分析［Ｊ］．煤炭工程，２０１７，４９（８）１０７－１０９．［１４］高喜才，伍永平，曹沛沛，等．大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２０１６，３３（３）３８１－３８６．９７第３期乔大良活鸡兔井１－２煤复合区采煤方法论证