特厚煤层分层低位放顶煤开采工艺及技术

周建国,周 华

（大同煤矿集团忻州窑矿,山西大同 037021）

特厚煤层分层低位放顶煤开采工艺及技术

周建国,周 华

（大同煤矿集团忻州窑矿,山西大同 037021）

论述了特厚煤层预采上分层底分层低位放顶煤开采工作面布置方法、回采工艺、顶煤破碎技术等,为我国特厚煤层安全高效开采探索出了一条科学的途径。

特厚煤层;分层开采;低位放顶煤

忻州窑井田位于大同煤田的东北端,主向斜构造的轴部,地质条件复杂,煤岩层应力集中,井田内可采煤层现有 3层,其中 11号煤层为主采煤层:埋深 320～350m左右,煤厚 5.43～12.99m,平均厚度 8.74m,煤层结构简单,煤层坚固性系数 f=4.4,密度 1.26～1.47t/m3,平均 1.33t/m3,煤种为 RN32。煤层局部有伪顶,为黑色炭泥岩或泥岩,厚 0～0.2m,抗压强度 39.2MPa;直接顶和基本顶为灰色细砂岩,中粗砂岩,具炭质薄膜形成的微波状层理,厚 0～39m,平均厚 9m,抗压强度108.7MPa,坚固性系数 f=11.1;底板为灰黑色粉砂岩,厚 2m。

目前同煤集团忻州窑矿一次采全高低位放顶煤开采技术虽比较成熟,但在坚硬煤层条件下仍存在破煤工艺复杂,采出率低的问题。经过多年的实践和研究认为在坚硬特厚煤层条件下采用预采上分层底分层低位放顶煤开采技术是技术上可行、经济上合理、安全上可靠的科学的采煤方法。

1 预采上分层下分层低位放顶煤开采工艺

预采上分层底分层低位放顶煤开采技术就是先沿煤层顶板布置一个单一长壁工作面,而后在底分层沿底板布置一个低位放顶煤工作面,在回采底分层的同时将底分层上部煤层低位放出,见图 1。

图1 预采顶分层底分层放顶煤开采

预采上分层底分层低位放顶煤开采技术根据上分层是否铺网又分为:上层铺网下层放顶煤和上层不铺网下层放顶煤 2种方法。上世纪九十年代同煤集团忻州窑矿在西二 11号层 8924和 8926上分层工作面进行铺网试验证实上分层铺网存在如下缺陷:增加了成本,吨煤金属网成本达到 6.1元;增加了铺网工序,回采工艺复杂;扯网率达 6.4%,影响了开机率;金属网容易锈蚀,限制了上下分层开采时间间隔,不利于正常衔接。鉴于以上原因,目前上分层铺网下分层放顶煤开采方法已基本不用,最常采用的是上分层不铺网底分层放顶煤开采方法。

上分层不铺网底分层放顶煤开采的工作面布置形式一般有 2种:一是垂直布置法,见图 2,上分层工作面沿顶布置 1条回风、运输巷 1和 1条进风、运煤巷 2;底分层工作面沿底布置 1条回风、运输巷 3和 1条进风、运煤巷 4。上分层的进风巷2、回风巷 1和底分层的进风巷 4、回风巷 3垂直布置;二是内错布置法,见图 3。上分层工作面巷道布置方式与垂直布置法相同,底分层工作面进风巷 4、回风巷 3沿底布置,但分别与上分层进风巷2、回风巷 1内错布置。

图2 放顶煤开采垂直布置法

图3 放顶煤开采内部布置法

在地质构造简单,煤岩层稳定,矿压显现不明显处一般采用上下分层巷道垂直布置。优点有:煤炭采出率高,丢失煤量较少;开采工艺同普通单一煤层开采,工艺简单。缺点是:沿底布置的底分层两巷易受两侧煤柱压力影响发生底鼓。

在压力较大的区域或地质构造复杂区域应采用上下分层内错布置方法。该方法不但具有垂直布置法的所有优点,而且有效地避开了两侧煤柱的影响,使下分层完全布置在无压区。该方法缺点是由于内错布置增加了下分层丢煤量。

2 预采上分层底分层低位放顶煤顶煤破碎技术

顶煤充分破碎是实现放顶煤开采的必要条件,预采上分层底分层低位放顶煤开采可通过以下途径进行顶煤有效破碎:

（1）开采上分层时,可选择吨位较大的支架进行回采,比如 ZFS7500支架。在回采时通过支架碾压和顶板对底煤的作用力可使支架下方 0.3～0.5m范围内煤层致裂或破碎。

（2）由于上分层已采空,采空区全部由冒落的矸石充填,存在形变空间,故在进行底分层回采时,采用支架顶梁多次顶起上部的完整顶煤 （每架 ZFS7500支架额定支撑力 765t）,使顶煤在支架顶梁上下运动中产生的巨大作用力的作用下产生裂缝、增加裂缝、从而破碎。当支架前移后使支架后顶煤处于暂时悬臂状态,但在其自身重力和上覆采空区堆矸重力作用下充分冒落。

放顶煤技术的关键在于顶煤破碎工艺,而预采上分层底层低位放顶煤开采技术的关键在于选用吨位较重、支撑力较大的支架和大功率的采煤机,更关键的是在底分层移架时必须使支架顶梁上下作用使顶煤破碎。

（3）煤层注水。在开采上下分层时,采用煤层注水的方式对煤层进行弱化,既可起到硬煤弱化的作用,又可起到降尘的作用。

注水钻具可采用 3kW岩石电钻,三翼钻头施工,孔径一般为 60mm。注水采用注水泵动压注水,压力一般 4MPa。封孔采用膨胀型封孔器。注水时间至少 4d,吨煤注水量 25～40L。

（4）上分层开采过程中由于煤层洒水、采空区防火等工艺使底分层上部采空区有积水,这些积水经过节理和煤层层理渗透到煤层中,对煤层起到弱化作用。

按照上述方法同煤集团忻州窑矿在坚硬特厚煤层条件下采用上分层不铺网,下分层内错布置巷道底分层低位放顶煤开采技术,创造了上分层日产达到 3000t,下分层放顶煤日产达到 4200t,总采出率达到 86%的骄人成绩。

上分层不铺网底分层放顶煤开采方法中,底分层主要配套设备有 MXG-700DA型采煤机,ZFS7500型液压支架等,配套设备见表 1、表 2。

表1 设备配套参数

表2 支架型号及主要参数

3 预采上分层底分层低位放顶煤开采技术优点

与一次采全高低位放顶煤开采技术比较,预采上分层底分层低位放顶煤开采技术有以下优点:

（1）适用范围广 适用于各种复杂地质条件下各类特厚煤层开采。

（2）采出率较高 一次采全高低位放顶煤煤层采出率一般为 70%,而预采上分层底分层低位放顶煤开采技术煤层采出率可达到 86%。

（3）掘巷率低 在硬煤层中一次采全高低位放顶煤工作面一般布置 5条巷道 （2条底巷,3条顶巷）,而预采上分层底分层低位放顶煤开采工作面只布置 4条巷道 （2条上分层巷道和 2条底分层巷道）。减少了掘进巷道,有利于生产衔接。

（4）工序简单,提高了效率 在煤层较硬条件下一次采全高低位放顶煤技术一般都要施工顶煤预爆破孔进行预爆破,工艺复杂,工作量大,而预采上分层底分层低位放顶煤开采技术不需要进行顶煤预爆破。

（5）安全性好 上分层沿顶单一回采,工艺简单,安全可靠。底分层回采工作面布置在减压区,便于管理,安全可靠。

（6）成本低 上分层工作面沿顶布置,支护简单。底分层沿底布置,采用金属棚支护,回采时金属棚基本都能回收复用。

4 结束语

预采上分层底分层低位放顶煤开采技术经过大同矿区实践证明,具有技术先进、经济合理、安全高效等诸多优点,是适合于坚硬特厚煤层科学开采的综合机械化采煤方法。

[1]吴 健 .我国综放开采技术 15年回顾 [J].中国煤炭,1999,25（1）:9-16.

[2]金智新,于海湧 .特厚煤层综采放顶煤开采理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社,2006.

Technology of Low Caving Mining Extra-thick Coal-seam by Slices

ZHOU Jian-guo,ZHOU Hua
（Xinzhouyao Colliery,Datong Coal Group,Datong 037021,China）

Introducing face layout,mining technique,top-coal broken technology for bottom-slice low caving mining extra-thick coalseam and providing a scientific approach for safe and high-efficiencymining of extra-thick coal-seam.

extreme-thick coal-seam;slicesmining;low top-coal caving

TD823.4 9

A

1006-6225（2011）03-0068-02

2010-12-01

周建国 （1956-）,男,山西阳高人,工程师,党委书记,长期从事坚硬特厚煤层开采的研究和实践工作。

[责任编辑:王兴库 ]