长沟峪矿安子采区15＃煤层采煤方法选择研究

郭继圣

（北京煤矿设计咨询公司，北京市西城区，100120）

长沟峪矿安子采区15＃煤层采煤方法选择研究

郭继圣

（北京煤矿设计咨询公司，北京市西城区，100120）

长沟峪安子采区地质条件复杂，结合采区工作面具体情况，从设备的选择和资金的投入等方面，通过对各种采煤方法的综合比较分析，认为走向长壁整体顶梁组合悬移支架采煤法，适应长沟峪安子采区的地质构造，且开采成本合理，能保证安全生产和提高资源回收率。

整体顶梁组合悬移支架 采煤方法 复杂地质条件 长沟峪煤矿

京煤集团昊华能源公司长沟峪煤矿安子采区，由于地质构造复杂，倾角大，该采区回采煤炭一直以短壁耙装采煤法为主。该采煤法生产效率偏低、安全性较差，已经成为制约矿井生产进一步发展的主要问题，因此改革该采区的煤炭开采方法已经势在必行。

1 采区概况

1.1 安子采区地质特征

安子采区内地质构造复杂，煤层倾角31°，小褶曲、小断层十分发育。北一石门南侧以小褶曲为主，小断层次之；北一石门北侧以小断层为主，小褶曲次之。安子采区北一石门至西安正断层之间小断层较为发育，落差多在0.2～10m之间，断层性质为张性正断层，共有14条断层。安子采区北一北石门南侧发育一系列的小型褶皱构造。

图1 安子采区采掘示意图

1.2 安子采区概况

安子采区范围南至4＃勘探线，北至22＃勘探线。安子采区－140～＋20m风井至北一石门15＃煤层共掘进区段巷道4条，一壁掘进切巷一条，一壁运输巷与二壁回风巷间掘进联络巷8条，共计930m。安子采区15＃煤层可采区域主要分布在6＃勘探线至19＃勘探线之间，走向长度为2100m。从＋20m、＋150m、＋280m和＋410m水平采掘资料分析，13＃勘探线至14＃勘探线之间，走向长度500m，区域煤层赋存最好，区内煤层大部分可采；14＃勘探线至18＃勘探线之间，走向长度600m，区域煤层赋存较好，区内煤层部分可采；13＃勘探线以南、18＃勘探线以北，煤层赋存差，局部零星可采。采区正常涌水量为0.49m3／min，最大涌水量为1.63m3／min。该区内瓦斯平均绝对涌出量0.36m3／min。安子采区采掘图见图1，煤层顶底板岩性见表1。

表1 煤层顶底板岩性

2 采煤方法选择

2.1 综合机械化采煤法

综合机械化开采是采煤工艺的重要发展方向，它具有高产、高效、低耗及劳动条件好、劳动强度小的优点。因此，在选择采煤方法时，应首先考虑选用综合机械化采煤法。

（1）安子采区地质构造非常复杂，小褶曲、小断层十分发育。小褶曲主要出露在煤层底板，沿走向和倾向两个方向均发育；小断层一般为正断层，断层沿煤层走向和倾向都有发育，断层面倾角在60°左右，仅在一壁回风巷至二壁运输巷圈定区域内探明的断层就多达14条。如果采用综合机械化采煤法，断层的存在将会给工作面推进带来较大障碍，为正常作业循环造成困难。

（2）一壁与二壁圈定地质煤量为34.4万t，可采煤量为27.5万t。一壁二壁圈定区域煤层概况见表2。在三壁工作面形成后，安子采区15＃煤层可采储量仅为40万t，其中可供综采连续开采的合适煤层储量仅为7.5万t，如果采用综合机械化采煤法，由于综采设备的资金投入较大，会使经济效益不理想，得不偿失。

表2 一壁与二壁圈定区域煤层概况表

2.2 短壁综合机械化采煤法

短壁综合机械化开采具有机动灵活、适应性广泛等优点，尤其适合“三下”开采、不规则块段开采和残采区回收煤柱等。如果可以采用短壁综合机械化采煤法，将使不易或无法布置长壁综采工作面的煤层得到合理开采，从而提高资源回收率，有利于保障矿井安全，促进煤炭行业的可持续发展。但是，安子采区煤层平均倾角达31°，与现有短壁综采所选支架架型不适应，而重新购入支架及重做三机配套成本又过高，导致短壁综合机械化开采投入资金过大，经济效益不理想。

2.3 滑移支架放顶煤采煤法

滑移支架放顶煤采煤法是一种比较先进的采煤法，其投资少、见效快，适应性强，适用于厚度不稳定等条件的煤层。

（1）滑移支架放顶煤采煤法所用的滑移支架是一种过渡支架，其类型介于单体液压支柱和自移式液压支架之间，成本约为综放支架的1／5～1／10，而且既可以与机采配套，也可以与炮采（低瓦斯）配合。相对单体液压支柱而言，滑移支架的稳定性较好。这种价格低廉的支护设备，在我国中、小型矿井使用广泛，是当前在一定程度上改善矿井回采支护、提高机械化水平的适用设备。

（2）工艺简单，对煤层条件适应性强。比较容易实现难采煤层的高产高效，适合在煤层赋存条件差的情况下应用。

（3）在小褶皱控制下，15＃煤层呈狭长的条带状分布。滑移支架放顶煤采煤法可采煤层厚度达6m，这在开采15＃煤层增厚部分（煤厚大于4m的煤层占所开采面积的40.25%）时，可以具有其他采煤法所不能比拟的优势，实现全厚采煤，有利于提高资源回收率。

（4）但在较大倾角（31°）工作面使用时，支架的稳定性较差，遇到破碎的顶煤或顶底板时，支架的初撑力难以得到保证，因此对顶底板的控制效果差，不利于安全开采。

2.4 走向长壁整体顶梁组合悬移支架采煤法

整体顶梁组合悬移支架采煤法是一种设备投资较少，对煤层厚度的不稳定性适应性较强的采煤法。

（1）整体顶梁组合悬移支架采煤法具有稳定性好、对顶底板可起到全封闭控制和有利于发挥支架的初撑力与工作阻力等特点，因此在倾角大的15＃煤层开采中具有较好的安全效果。

（2）设备投资较少，工艺较简单，对煤层厚度变化的适应性较好。该区煤层由于受构造影响、煤层厚度变化较大，煤层局部增厚达6.0m、局部变薄至0.2m，但大部分在4.0m左右。根据15＃煤层采掘工程图，可供连续开采块段分别有4块，其煤层均厚分别为3m、3.5m、4.0m和4.5m，对应储量分别为，3.4万t、4.1万t、3.3万t和5.5万t。在作业过程中，当煤层厚度小于2.5m时，直接推过；当大于2.5m且条件合适时，进行放顶煤开采，有利于提高煤炭回收率。

（3）支架采用邻架保护下操作，有利于工人安全作业。

综上所述，采用走向长壁整体顶梁组合悬移支架采煤法效果最好。

3 整体顶梁组合悬移支架采煤法

长沟峪煤矿安子采区514回采工作面采用走向长壁整体顶梁组合悬移支架采煤法，后退式回采。采用U型巷道布置，沿煤层走向＋380m水平布置工作面运输巷，沿煤层走向＋420m水平布置回风巷。工作面运输巷长为470m，采面斜长平均75m。距溜煤上山20m处为停采线。在采用相应的防倒、防滑技术措施（工作面调伪斜、刮板输送机防滑及复位技术）之后，主要讨论在复杂地质条件下实现长壁式开采所必须解决的关键设备（支架）和配套技术问题。

3.1 支架选型

针对长沟峪15＃煤层514工作面的具体地质条件，采用载荷估算法、实测统计法和理论分析法，分别对采煤厚度为2.5m和3.0m两种开采高度的液压支架的支护强度进行计算。支护强度计算结果见表3。

表3 支护强度计算结果

结合该矿煤层断层多、倾角大的特点，经比较对2.5m和3.0m采厚支护强度P分别取0.455MPa和0.495MPa。

根据煤层顶（底）板岩性、煤层厚度及理论计算，选用ZH1600／16／24Z（B）型整体顶梁组合悬移支架，支架所配支柱为ø110mm双向单体液压支柱。由于该型支架配备4根支柱时，支护强度为0.69MPa，大于工作面顶板最大来压强度，所以该型支架支护强度满足要求。采煤工作面切眼长70～80m，共计安装70～80架支架。工作面最大控顶距为2.8m，移架步距为0.8m。悬移支架主要技术参数：

支架高度 1600～2400mm；

支架长度2800mm；

支架中心距1030mm，公司预定规格；

每架支柱数量4根；

移架步距800mm；

工作阻力1600kN；

初撑力760kN；

支护强度0.69MPa；

泵站压力19.6MPa；

工作液M10乳化液，浓度3%～5%。

3.2 回采方法及工艺流程

（1）回采方法。采用走向长壁放顶煤法（当煤厚大于2.5m时），人工装煤，刮板输送机运煤，整体顶梁组合悬移支架支护顶板，全部垮落法处理顶板。

（2）工艺流程。打眼→放炮→攉煤→移架（支护）→移托梁→放顶煤（当煤厚大于2.5m时）→移刮板输送机→完成一个循环。

3.3 建议

长沟峪煤矿应进一步加大工作面几何尺寸，从而增加工作面回采率；完善悬移支架采煤法的装备自动化、智能化，提高工作面主要设备的机械化水平；强化管理水平，实施综合保障，持续发展以整体顶梁组合悬移支架采煤法为主导的复杂地质条件下（倾角大、多褶曲断层）的开采技术体系。

4 结语

通过对采煤方法的比选，得出走向长壁整体顶梁组合悬移支架采煤法是长沟峪矿安子采区开采15＃煤层的首选方法。京煤集团的走向长壁整体顶梁组合悬移支架采煤法的研究试验成功，是对倾角大、多褶曲断层条件下采煤方法改良的一次飞跃。长沟峪煤矿应用整体顶梁组合悬移支架进行走向长壁放顶煤技术的研究试验成功，为在类似地质条件下煤炭的安全高效开采提供了科学的技术途径和宝贵的经验。

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Analysis on 15＃seam mining method selection in Anzi mining area of Changgouyu mine

Guo Jisheng

（Beijing Coal Mine Design Consulting Firm，Xicheng，Beijing 100120，China）

In Changgouyu Anzi mining area geological condition is complex，combined working face specific circumstances，through the selection of equipment and funds investment etc.，and by analyze and comprehensive comparative of the various coal mining methods，it is believe that the whole roof beam combined suspension support longwall mining is adaptation of Changgouyu An Zi mining area＇s geological structure，and the production cost is reasonable，more safe for production and better resource recovery rate.

the whole roof beam suspended supports，coal mining method，complicated geological conditions，Changgouyu coal mine

TD823.41

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郭继圣（1984－），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，毕业于中国矿业大学（北京）采矿工程专业，现在北京煤矿设计咨询公司从事设计咨询工作。

（责任编辑 张毅玲）