大倾角煤层开采[1].pdf

大倾角厚煤层开采方法的选择 郝彬彬,吕秀江,王金喜 河北工程大学,河北 邯郸056038 摘 要在现场调研基础上,针对薛村煤矿大倾角煤层赋存特点和技术现状,确定了大倾角难采厚煤层采煤方法所 应遵循的原则,在这些原则下提出了7种采煤方法的可行方案,并比较详细地分析了各自的优缺点,最后确定伪俯 斜走向长壁放顶煤开采较适合该矿,为最佳开采方案。 关键词大倾角煤层;伪俯斜开采;放顶煤 中图分类号TD82 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200802 - 0043 - 03 Mining’s Choice in Inclined Thick Seam HAO Bin - bin , LV Xiu - jiang , WANGJin - xi Hebei University of Engineering , Handan 056038 , China AbstractVia locale investigation and aim at technique actuality and the strata control around the coal face of Xuecun colliery , we confirm principles of inclined thick seam mining. On the base of the principles , we bring forward eight doable mining schemes , and compare their virtue and shortcoming particularly , lastly we choose that the optimization is cross - pitch longwall oblique mining. Key wordsinclined seam; oblique mining; top - coal caving 0 引言 薛村煤矿过去采用的采煤方法单一,工艺落后, 回采率较低,效益很差,在当前煤炭资源供需情况 下,已远远不能满足地区经济的发展要求和自身发 展的要求。有必要研究确定更高效的开采方法。 1 大倾角厚煤层开采方法所遵循原则 对该矿进行现场考察和调研,收集了该矿区地 质构造、 水文特征、 煤系地层、 煤层及煤质、 瓦斯、 地 压、 发火期、 剩余地质储量等与大倾角煤层开采有关 的技术资料,对其开拓方式、 提升运输方式和能力、 通风方式和通风方法、 采煤方法、 回采工艺、 井巷支 护方式等有较为详细的了解,为本项目制定切实可 行的开采方案提供了前提条件。 该矿平均厚度约7. 0 m ,煤层平均倾角50,矿 区内有数个褶曲和断层,地质构造较为复杂,属于大 倾角难采厚煤层。根据目前开采技术现状,结合该 矿煤层赋存特点和开采技术现状,确定开采方法应 遵循以下原则 1适应煤层厚度变化的要求; 2适应煤层倾角变化的要求; 3适应矿井提升运输方式和提升能力的要求; 4适应矿井副井提升和辅助运输的要求; 5改变现行落后采煤方法的要求; 6提高煤炭资源的回采率,达到规范的要求; 7提高煤炭开采机械化程度、 降低工人劳动强 度和提高工效的要求; 8提高矿井安全可靠程度的要求; 9具有可操作性的要求。 2 可选方案及其可行性分析 2.1 水力采煤法 我国的地下水力采煤是采用水枪射流破煤的, 现行的水力采煤方法均为无支护采煤法。对于埋藏 复杂而不稳定的急斜煤层,发展水力采煤方法有一 定的前途;对于埋藏条件较稳定的大倾角煤层,应用 水力采煤优点不突出。水力采煤巷道掘进量大,采 掘接替紧张,煤炭回收率低,电耗大,粉煤率较高,煤 炭脱水和煤泥水澄清工作较困难,通风系统不够完 善,对水资源需求量大,需要装备相应的高压供水和 煤水提升设备,初期投入大。 该矿平均煤厚7 m ,内生裂隙不发育,煤质较坚 硬,不易破碎,除受褶曲和F1断层影响外,煤层赋存 较稳定,矿区水资源并不太丰富,冻结期长,加之矿 区没有相应的煤炭脱水、 煤泥澄清和相应的供排水 系统,因此不适宜采用水力开采。 2.2 中深孔爆破放顶煤开采 中深孔爆破放顶煤是大倾角煤层开采的一种方 法,采用中深孔爆破放顶煤方法,工人不进入回采工 收稿日期2007 - 11 - 05;修订日期2007 - 12 - 07 作者简介郝彬彬1980 - ,男,辽宁黑山人,助教,河北工程学院资源学院教师,现从事放顶煤开采方面的教学与研究工作, Tel 0310 - 8579512 ,E- mail haobinbin1980 163. com。 第27卷第2期 2008年2月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol127 ,No12 Feb ,2008 作面,主要是在巷道内利用有关机具打眼、 装药和放 炮,回采工艺简单,占用人员少,机械设备和工艺简 单,但这种采煤方法的顶板管理不完善,爆破后煤炭 自溜,易混入顶底板冒落的矸石,影响煤炭质量,回 采率和工作面日产量均较低,部分乏风进入采空区, 不利于通风管理,采空区易发生煤炭自燃发火。 由于矿区内煤层较厚,煤层直接顶为泥岩,底板 以炭泥岩或泥岩、 砂泥岩为主,而泥岩、 炭泥岩易冒 落,自燃发火期为3～6个月,无论是从安全角度还 是从回采效率及资源回收率的角度来看,都不宜采 用这种采煤方法 [1] 。 2.3 伪斜柔性掩护支架采煤法 由于支架的结构性能和机械化问题,煤炭损失 大,支架在下放过程中的可控制程度低,回采机械化 程度不高,对煤层厚度和倾角等变化的适应性较差。 目前,这种方法一般应用在倾角大于60,厚度为2 m～10 m左右,而且埋藏稳定的煤层中。对于煤层 太厚或太薄,倾角小于60,以及厚度、 倾角及构造变 化剧烈的煤层,应用这种采煤法在技术上尚存在一 定困难,或者不能取得良好的技术经济效果。鉴于 矿区煤层的赋存条件以及对煤炭回收率的要求,采 用伪斜柔性掩护支架采煤法是不太合适的。 2.4 巷道放顶煤采煤法 这种采煤方法将一个采区的大倾角煤层沿不同 标高分成若干区段,每个区段高度为15 m～30 m ,在 区段底部沿走向布置一条放煤巷道,两端分别与进、 回风巷相联,在巷道的一侧每隔一定距离向煤层中 掘放煤小眼,巷道布置完成后,先在放煤小眼内放 炮,使巷道上方的顶煤全部处于悬露状态,顶煤在自 重或辅以人工松动的作用下自行垮落,然后即可进 行放煤。 这种采煤方法掘进率和含矸率高,采出率低,尤 其是放煤小眼为独头巷道,通风困难,易形成大面积 的瓦斯积聚,顶板无法控制,煤层自燃发火难以处 理,放煤口易堵塞,安全条件差。这种采煤方法适用 于倾角大于60 的中厚及厚煤层,加之存在以上缺 陷,因此这种采煤方法对该矿的煤层条件来讲不太 适用 [2] 。 2.5 水平分层开采 水平分层是开采大倾角厚煤层常用的一种采煤 方法。水平分层采煤法的实质是以水平界面把大 倾角厚煤层分成若干分层,在每个分层内布置一个 工作面回采,采煤工作面垂直于煤层走向布置,沿煤 层走向推进。 采用这种采煤方法,假顶材料消耗大,掘进率 高,巷道维护工作量大,通风系统复杂、 通风条件较 差,特别是分层平巷单巷布置时通风条件更差。此 外,运料困难,工作面不易实现机械化、 劳动效率低, 获得的技术经济指标差,并且煤层厚度愈小,这些缺 点愈突出。 目前,这类采煤方法,只是在赋存不稳定、 厚度 和倾角变化较大的不规则大倾角厚及特厚煤层中才 有较强的适应性。水平分层和斜切分层尽管有上述 缺点,但随着煤层厚度增大将会得到一定程度克服, 而且煤层越厚就越显著。因此,这种采煤方法应尽 可能用在厚度较大的煤层,并应改革回采工艺,提高 其机械化水平。对于厚度在10 m以下的厚煤层,原 则上不应当用水平分层和斜切分层采煤法。因此采 用这种采煤方法没有太多的优越性。 2.6 分段式水平分层或斜切分层放顶煤开采 在大倾角特厚煤层中,将煤层分成若干分段,分 段高度6 m～15 m ,每个分段的底部布置一个放顶 煤工作面,工作面顶煤用放顶煤回收,工作面长度与 煤层厚度直接相关,一般较短。分段水平或斜切分 层放顶煤开采,存在以下问题 1分段式水平或斜切分层放顶煤开采的巷道 掘进率高。当采用水平或斜切分层时,由于煤层厚 度不大 6 m ～8 m ,工作面长度仅2 m～5 m ,再加上 煤层倾角的作用,导致放煤困难,丢煤多,采出率低, 掘进率高。靠底板处将有大量的三角煤不能放出, 顶煤回收率极低。从井田情况看,除了回采率低以 外,与伪斜走向长壁开采相比掘进率也增高数倍,将 大幅度增加生产成本。加之煤损大,回收率低,很难 实现好的经济效益 [3] 。 2分段式水平或斜切分层放顶煤开采适用于 煤层厚度大于10 m的工作面,矿区煤层厚度稳定, 煤厚平均为7 m ,显然低于合理值,造成生产分散, 占用设备多,人工和材料消耗均大大高于伪斜长壁 放顶煤开采。鉴于上述因素,也不宜采用分段式水 平或斜切分层放顶煤开采方法。 2.7 伪俯斜走向长壁放顶煤开采 这种采煤方法具有走向长壁采煤法的一般特 点,采煤工作面呈直线形,按伪俯斜方向布置,沿走 向推进。采用伪俯斜走向长壁放顶煤开采,具有以 下一些特点 1生产集中,工作面产量和工效高,采煤、 掘 进、 维护、 运输队组均可减少。 2回采巷道万吨掘进率低,掘进费用低。 3布置走向长壁工作面,获得的可采储量多, 有利于回采工作面的接替。 4事故点相应减少,便于管理,使矿井各类事 故随之减少。 5一次采全厚,煤层开采速度快,避免了水平 或斜切分层放顶煤开采回采时间长、 频繁启闭采空 区引发自燃的问题,有利于防止煤层自燃发火灾害, 也可以适应煤层厚度的变化。 44 煤 炭 技 术 第27卷 小康煤矿S2S2综放面水体下开采安全可行性研究 韩有波,陈荣德,胡立国,朱喜东 铁法煤业集团公司,辽宁 调兵山112700 摘 要根据小康煤矿井田及南二采区南二工作面煤层赋存、 地质构造、 水文地质、 采煤方法等采矿地质条件,结合 小康煤矿以往防治水工作经验,对S2S2工作面开采矿井充水因素、 覆岩导水裂缝带发育高度、 断层与钻孔的导水性 等进行了分析与研究,认为S2S2综放工作面能够在地表塌陷坑积水下实现安全开采。 关键词综放工作面;水体;安全开采 中图分类号TD823 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200802 - 0045 - 04 Safe Feasibility Study on Mining Under Water System at S2S2 Fully Mechanized and Caving Face of Xiaokang Coal Mine HAN Y ou - bo , CHEN Rong - de , HU Li - guo , ZHU Xi - dong Tiefa Coal Industry Group Comp. , Diaobingshan 112700 , China AbstractAccording to the mining geology conditions such as the coal seal existing , geologic structure , hgdro2 geology , mining s at S2S2 face of Xiaokang Coal Mine , in combination with the experience in preven2 tion and cure of water in Xiaokang Coal Mine in the past , the analysis and study on the mine factors of S2S2 face , the growth height of the cover rock guide crack field , the guide characteristics of faults and drilling holes are in progress. It’s possible for S2S2 fully mechanized and caving face to realize safe mining under the earth’s surface collapse pits water - logged ground. Key wordsfully mechanized and caving face ; water system; safe mining 0 引言 铁法煤业集团公司小康煤矿地处康平县南。矿 井自投产以来,已先后在北一、 西一、 南一、 南二采区 共回采了23个工作面,地下采空区平面投影总面积 6181 km 2 。其中,有15个工作面采用的综合机械化 一次采全高放顶煤开采方法,煤层最大采出厚度达 915 m。大范围地下煤层开采产生了严重的地表沉 陷,雨季沉陷区大面积积水。尤其是在采用综放开 采的区域,地表最大下沉达415～615 m ,部分塌陷坑 常年积水。根据2006年10月20日观测,位于西 一、 南一和南二采区的3个塌陷坑积水面积0182 km 2 ,水量达80万m 3 。S2S2工作面位于积水量78 万m 3 的南一、 南二采区地面积水塌陷坑下。若岩层 6采用俯伪斜布置可适应煤层倾角的变化。 7采用铺设顶网放顶煤,同时有效地防止采空 区向工作面窜矸,确保移架的安全。 8可以实现移架机械化,从而大大减轻了工人 的繁重体力劳动,支架稳定性好,有利于顶板管理的 安全。 9采用走向长壁放顶煤开采,吨煤成本低。 该矿属于大倾角煤层,倾角为40 ～55,厚度为 5～13 m ,平均煤厚7 m ,通过布置伪俯斜工作面进行 开采,可以把工作面的伪倾角降低到30 左右,进行 走向长壁开采可以实现集中生产,大幅度提高煤炭 采出率。通过上述分析和方案的比较,建议伪俯斜 走向长壁放顶煤开采是最佳开采方案,并已在该矿 现场实施。 3 结论 大倾角煤层特别是难采大倾角煤层,其开采方 法的选择是十分重要的,采用的开采方法科学与否, 决定着技术上的可行性、 经济上的合理性和安全上 的可靠性。伪俯斜走向长壁放顶煤开采在薛村煤矿 的现场实施是可行的,符合矿区大倾角煤层赋存特 点和技术现状,在实际技术应用中效果良好。 参考文献 [1] 陈炎光,钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制[M].徐州中国矿业 大学出版社,1994. [2] 张文生,王树仁.开采方法修订本 [M].北京煤炭工业出版 社,1986. [3] 刘星海.大倾角特厚难采煤层采煤方法的探讨[J ].水力采煤与 管道运输,2002 , 1 . 收稿日期2007 - 10 - 18;修订日期2007 - 12 - 07 作者简介韩有波1960 - ,男,辽宁庄河人,高级工程师,1984年毕业于原阜新矿业学院,现任铁法煤业集团董事长兼总经理。 第27卷第2期 2008年2月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol127 ,No12 Feb ,2008