煤矿采煤方法及采煤工艺改造中的关键环节分析

舒小强

摘要：采煤工艺应用的科学性直接决定了煤矿开采效率与安全，对于采煤方法及采煤工艺改造是当前煤矿行业建设发展的重要方向。文章以重庆地区高升煤矿为例，探讨了采煤工艺改造工作中的关键环节，旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：煤矿开采；采煤方法；采煤工艺；矿井开拓；机械化改造；工艺升级改造 文献标识码：A

中图分类号：TD82 文章编号：1009-2374（2017）02-0143-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.069

1 矿井概况

高升煤矿位于重庆市开县县城西北部高桥镇山青村，生产规模6万吨/年，开采三叠系上统须家河组五段（T3 xj5）K2煤层和侏罗系下统珍珠冲组（J1z）底部K3、K6、K7煤层，开采标高为+850～+350m，井田范围由8个拐点圈定，井田面积2.6592km2。该矿为瓦斯矿井，现生产规模较小，采煤、掘进生产工艺落后，回采工作面煤炭、掘进工作面矸石均采用人工装运，工人劳动强度大，安全生产保障能力不足，矿井抗风险能力不足，不利于矿井发展，与国家对煤炭产业的要求不相符，为保证矿井的持续、安全发展，企业拟对矿井进行机械化改造，以提高矿井机械化装备水平、提升矿井生产能力和增强矿井抗风险能力，本次机械化改造方案设计生产规模为15万t/a，机械化改造后，布置一个采区，两个采煤工作面，达到15万t/a生产能力。

2 矿井开拓开采现状

2.1 矿井现有开拓方式

2.1.1 井筒：采用斜井开拓，矿井现有主斜井、副平硐、回风平硐，全矿井共计三个井筒，现正常投入使用。

2.1.2 水平设置：矿井设置为两个水平，即：

+500m、+350m水平，其中+500m水平为现开采水平，+350m水平为接替水平。

2.1.3 大巷布置：分别在各水平标高沿K2煤层底板布置运输大巷。

2.2 主要井巷布置

2.2.1 主斜井：为现有主斜井，位于井田中部，顶板伪斜穿层布置，井口坐标X=3468914，Y=36519043，Z=+650m，α=42°，β=21°，井筒斜长418m，半圆拱形，净宽3.4m，净高2.8m，净断面8.3m2，锚喷支护，装备22kg/m双轨，利用此斜井仍作为主斜井，片石砂浆砌筑水沟，水沟尺寸为高×宽=200mm×200mm，该井筒用作矿井进风、运输，服务于全矿井。

2.2.2 大巷布置。

+500m水平集中运输巷：已有，位于K2煤层底板水平距离为15m岩层中，从+500m主石门以东长度1650m，本次设计利用。

+350m水平二级轨道暗斜井和行人暗斜井已落平于+350m标高K2煤层底板50m的砂岩中，因此本次设计位于K2煤层底板30m处布置+350m水平集中运输巷。

+650mK2煤层回风大巷：现已形成，沿K2煤层走向布置，半圆拱断面，净宽2.4m，墙高1.2m，拱高1.2m，净断面5.14m2，锚喷支护，片石砂浆砌筑水沟，水沟尺寸为高×宽=300mm×300mm，服务于一二采区总回风、安全出口等。

2.2.3 硐室。

+500m水平水房硐室：已有，布置在+500m标高K7底板岩层中，硐室长度50m，半圆拱断面，净宽4.0m，墙高1.0m，拱高2.0m，净断面10.24m2，锚喷支护，灭火器等。

+500m水平中央变配电所：已有，布置在+500m运输大巷的顶板岩层中，硐室长度60m，半圆拱断面，净宽4.0m，墙高1.2m，拱高2.0m，净断面10.24m2，锚喷支护，装备砂箱、灭火器等。

+500m水平永久避难硐室：已有，布置在+500m运输大巷的顶板岩层中，硐室长度40m，半圆拱断面，净宽4.0m，墙高1.2m，拱高2.0m，净断面10.24m2，锚喷支护等。

2.3 矿井现开采水平及采掘工艺

2.3.1 开采水平：矿井现+500～+650m，上山开采。

2.3.2 采煤方法及工艺：该矿井现采用走向长壁采煤法，工作面采用木支柱支护，工作面采用手镐落煤、工作面运输巷采用人力运输。

2.3.3 掘进工艺：采用炮掘、人工装渣、人力运输。

2.3.4 采掘工作面数量：矿井现布置两个采煤工作面、三个掘进工作面。

3 煤矿采煤方法及采煤工艺改造中的关键环节

3.1 采煤方法及采煤工艺机械化改造需求

矿井在+500m水平一采区布置两个采煤工作面，工作面采用手镐落煤、自溜运输、木支柱支护、工作面运输巷采用人力推车运输，采煤方法为走向长壁采煤法。采煤工作面采用手镐落煤，工人劳动强度大、用工多、劳动生产效率低。工作面运输巷采用人力运输，工人劳动强度大、劳动生产效率低、运输成本高、安全可靠性较差。因该矿井的煤炭硬度较大，通过以往的实践证明，采煤机割煤不适用，块煤率低，常将矸石割入煤中，造成煤质较差，给销售带来困难。

3.2 采煤方法及采煤工艺升级改造的可行性分析

煤层赋厚条件：K2煤层厚0～0.77m，平均厚0.62m，K3煤层厚0～0.44m，平均厚0.30m，K6煤层厚0～0.58m，一般厚0.37m，K7煤层厚0～0.80m，一般厚0.50m，倾角32°～36°，矿井开采煤层属于近距离倾斜极薄煤层群开采，从煤层的赋存条件分析，采用滚筒式采煤机开采有一定的难度。

煤层顶底板条件：K2煤层顶板为深灰色泥岩或粉砂质泥岩，一般厚1.2m，直接为须家河组六段砂岩，岩层坚硬，厚度大，煤层底板为泥岩或粉砂质泥岩，属较稳定顶板。

K3煤層伪顶为灰黑色、黑色泥岩，厚0.10～0.25m，直接顶为砂质泥岩、泥砂岩，厚6.0m，裂隙不发育，完整性好，采动后一般为缓慢下沉，顶板易于管理，直接底板为灰黑色泥质粉砂岩，老底为细砂岩或粉砂岩，无地鼓现象，易于管理。

K6煤层顶板岩性为泥岩、粉砂质泥岩或细砂岩，底板为粉砂质泥岩或泥岩。节理裂隙中等发育，开采仅局部易垮落，属较稳定顶板。

K7煤层顶板为泥岩或细砂岩，底板为粉砂质泥岩或泥岩。节理裂隙中等发育，开采仅局部易垮落，属较稳定顶板。

从各煤层顶底板岩性和稳定性进行分析，比较适宜采用机械化开采。

矿井属于瓦斯矿井，K2煤层自燃倾向性为不易自燃，K3煤层自燃倾向性为不易自燃，K6煤层自燃倾向性为不易自燃，K7煤层自燃倾向性为自燃，K2、K3、K6、K7煤层检验报告，各煤层均有煤尘爆炸危险性，矿井水文地质类型为简单，从矿井技术条件分析为简单，为采煤工作面工艺改造创造有利条件。

3.3 采煤方法及采煤工艺升级改造方案设计

3.3.1 采煤工艺改造方案。落煤方式：由于该矿井煤炭硬度较大，通过邻近类似矿井实践证明，采用滚筒式采煤机落煤不适用，同时常将矸石割入煤中，造成煤质较差；为了提高原煤块煤率，减少劳动力，提升生产能力，降低生产成本，提高安全保障，本次机械化改造设计采用薄煤层爬底板采煤机进行开采。

第一，采煤工艺。采煤工作面采用俯伪斜走向长壁式采煤方法，工作面自东向西推进，全部垮落法控制顶板的机械开采。

第二，工艺顺序。滚筒采煤机割煤→刮板输送机运煤→液压支柱支护顶板→推移刮板输送机→打密集回柱，在顶板破碎时，先支护再移柱然后推移刮板输送机。

第三，落煤方式。采用单滚筒爬地式MG100-TP型采煤机落煤，滚筒直径为800mm，采高0.8m，截深750mm。

第四，裝煤、运煤方式。采煤机螺旋滚筒配合刮板输送机，由刮板输送机运出；运输巷采用刮板输送机、带式输送机运煤。

第五，工作面支护。单体液压支柱配合木顶梁（规格：600mm×100mm×100mm），齐梁齐柱形式，一梁一柱中定位300mm/300mm进行支护顶板，正常生产时采用“四·五”排管理。

3.3.2 工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型。采煤工作面截煤机选择：根据矿井开采技术条件进行综合分析，设计选择MG100-TP型采煤机，设备由牵引部、电动部、截装部以及导向、防尘、底托板等附件组合而成。采用侧面固定单滚筒，锚链牵引，沿煤层倾斜爬底板穿梭割煤，煤沿螺旋滚筒输入装煤部，装煤部转入工作面运输机。电动机为两端偏心出轴，分别传动牵引部和截装部。

该机采用“三股道”的采煤工作方式，全机身爬在底板上，对运输、支护等配套设备的要求不高。煤机构由螺旋滚筒从煤壁上切割下的煤，通过装煤机构转载到工作面输送机上，装煤效果良好。电动机功率大，机身强度好，能割较硬的和带有薄层夹矸的煤层。机身短、机身的厚度是国内生产的同功率采煤机中最薄的，采高最低的。

该设备的应用能够有效减轻工人劳动强度，提高劳动生产率；与炮采工艺相比改善了煤矿工人的劳动安全生产条件，确保采煤工作面正常循环作业，增加块煤率，提高了企业的经济效益，为薄煤层机械化开采提供了一种经济适用的装备。

回采工作面运输设备选择：采煤工作面运输巷选用的输送机及主要技术特征，详见表2：

3.3.3 工作面顶板管理方式及支柱设备选型。根据煤层赋存情况、顶底板岩性、矿井服务年限以及工作面采煤工艺，结合已装备的支护设备，设计采用单体液压支柱支护顶板，全部垮落法管理顶板。

3.3.4 采煤工作面支柱及其他设备选择。

支柱选择：利用DW06-25/80外注式单体液压支柱，支撑高度630～450m，伸缩行程180m，工作阻力250kN，额定工作液压50MPa。支柱排距为0.8m，支护密度0.287根/m2。

乳化液压泵站选择：根据所选单体液压支柱要求的液压泵站的压力，每个工作面设计利用BRW40/20乳化液泵各二台（一用一备），公称压力为20MPa，公称流量为40L/min，电机功率为15kW，与之配套的液箱为XRXTA。

其他设备的选择：注液枪选用DZ-Q1型注液枪，额定工作压力为31.5MPa；回柱器选用HH2-2型回柱器，拉拔力为20kN，拉拔距离为2m；煤电钻选用ZSM-1.5A电煤钻。

3.3.5 工作面回采方向与超前关系。采用走向长壁采煤法，由运输巷和回风巷组成回采工作面，回采方式为工作面后退式，工作面运输巷留设煤柱（10m）。

4 结语

综上所述，本文以重庆地区高升煤矿为例，从采煤方法及采煤工艺机械化改造需求、可行性以及方案设计三个层面，详细论述了煤矿采煤方法及采煤工艺改造中关键环节控制策略，具有一定借鉴价值与参考意义。

参考文献

[1] 王金立.浅议煤矿开采中井下采煤技术及采煤工艺选择[J].科技创业家，2013，（6）.

[2] 杨浩军.煤矿综合机械化采煤工艺的发展与应用研究[J].能源与节能，2016，（2）.

[3] 张风武.新形势下煤矿采煤工艺的选择探讨[J].黑龙江科技信息，2014，（24）.

（责任编辑：秦逊玉）