堅硬頂板條件下的大采高工藝

1、概況

厚煤層( 大於 3.5米 )具有儲量優勢，也是實現工作麵、礦井高產高效的基本條件，然而目前世界各國在厚煤層開采方麵大都沿用傳統的分層開采方法，沒有將厚煤層的儲量優勢轉化為產量和效益優勢，為了大力發展厚煤層的儲量優勢，大同煤礦集團公司2002年上馬一套以國產為主，關鍵設備引進的大采高綜采設備。

大同礦區 5米 厚煤層儲量豐富，僅大同煤礦集團公司所采區域的可采儲量就達1.75億噸，因此通過技術創新研究探索該類煤層的開采方法，進行一次采全高技術裝備與配套工藝攻關，實現這一厚煤層的高產高效，高資源回收率的開采，成為大同煤礦集團公司函待解決的技術難題。

2、地質情況

2.1　盤區概括

四老溝礦14#層404盤區位於井田西北部,煤層厚3.5～ 8.84米 ,盤區采用雙翼布置,走向長 2400米 ,傾向長度1804～ 2334米 ,平均 20676米 ,蓋山厚度214～ 387米 ,平均 320米 。

2.2　煤層條件

據已掘14#層404盤區巷道實測見煤點及盤區21個鑽孔資料03manbetx ,盤區巷東部煤層厚度3.5～ 8.84米 ,厚度變化大,煤層結構單一;西部煤層厚度3.57～ 5.41米 ,平均 4.59米 。14#層為暗煤、亮煤為主。原煤灰分8.79%,屬低灰煤;硫分含量平均都低於1%、為0.89%;發熱量6333千卡/公斤,煤種為二號弱粘煤。

2.3　地質構造

該盤區地質構造簡單,地層傾角平緩,一般3～5°,盤區內共有斷層4條,落差大於 5米 1條,落差1～ 2米 3條,其中最大一條斷層在14#層404盤區東翼,落差2.0～ 6.8米 。本區地質大同向斜軸影響,有褶曲構造,對開采影響不大。盤區西翼有火成岩牆出露,對其兩側煤層有烘烤現象,但對煤層開采影響不大。

2.4　頂底板情況

偽頂為灰色粉砂岩,厚 0.35米 ;直接頂以灰白色細耱岩及中粗岩為主,層厚0.79～ 6.8米 ,平均 6.68米 ;老頂為深灰色粉耱岩互層,層厚 12.8米 以上;直接頂為灰褐色粉耱岩,層厚0.95～ 9.87米 ,平均 2.76米 。

2.5　上覆下浮采掘情況

盤區西部小窯正開采11#層,北部城區達子溝開采11#層和14#層。本盤區除2#、11#、層工采外,其餘大部分煤層厚度小於0.8未采,2#層距本層間距 192米 ,11#層距本層間距 28.5米 左右。

2.6　水文地質條件

地表屬裏河水係,本層及上覆11#層頂底板岩石中無含水層,低沼氣煤層,煤層爆炸指數40%。

2.7　儲量

2000年底核實確定14#層盤區工業儲量2941.0萬噸,可采儲量1711.2萬噸。404盤區工業儲量1295.3萬噸,可采儲量753.7萬噸。404東盤區工業儲量1646.7萬噸,可采儲量957.5萬噸。

3、采煤工藝

3.1　設備選型

采煤機使用德國艾柯夫生產的SL-500型雙滾筒搖臂式。支架使用ZZ9900/29.5/50支撐掩護式,由北京煤機廠和鄭州煤機廠生產。刮板輸送機使用SGZ1000/1050型轉載機使用SZZ1000/375型。皮帶自移尾裝置ZY2700型均由張家口煤機廠生產。皮帶使用SSJ1200/3× 250G 由廣東石龍煤機廠生產。

3.2　采煤工藝

采煤機割煤采用雙向割煤法,前滾筒割頂煤,後滾筒割底煤，采高一般控製在 4.8米 左右,大於 4.8米 煤層留頂煤開采,小於 4.8米 見頂見底。工作麵采用正循環作業方式，采煤機進刀采用在工作麵頭、尾割三角煤的斜切進刀方式，其工藝過程為：頭、尾部斜切進刀-正常割煤-移架-移溜。

3.3　巷道布置

工作麵采用雙巷布置方式,巷道沿傾向布置,切眼沿走向布置。機軌合一巷 寬×高=5.0×3.5,用於出煤、進風蒹存放設備列車。軌道巷道 寬×高=4.3×3.5,用於運料、回風。切眼寬×高=8.4×4.0,一次成巷。巷道采用錨栓、錨索聯合支護方式，另加金屬網和護幫網，錨索長度 6.3米 ,錨栓長度 2.0米 。

4、頂板管理

工作麵高度增大以後，工作麵的礦山壓力顯現規律以及對開采工藝的影響有其特殊性。

4.1　工作麵來壓規律觀察

　首采工作麵8402當工作麵推進 20米 時,古塘偽頂全部垮落,同時直接頂開始垮落,推進至 30米 時,工作麵中部30#-86#架古塘直接頂基本垮落,結合切巷的支護情況判斷直接頂初次垮落步距在22 -36米 ,平均為 25米 。

當工作麵推進至53 -57米 時工作麵老頂初次來壓，基本頂初次來壓時來壓預兆不大明顯，壓力顯現時工作麵中部較尾部明顯，尾部較頭部明顯動載係數為：中部1.21,尾部1.16,頭部1.08。來壓後，中部有個別支架安全閥開啟，根據老頂分級指標結合老頂初次來壓步距為 54.5米 ，判斷在工作麵老頂屬於Ⅱ級來壓明顯。

工作在開采 800米 段過程中，進行了全麵的礦壓觀察，從觀察結果來看，本工作麵周期來壓始終基本頂中部來壓次數多且強度大，頭、尾部來壓次數少且強度小，來壓強度的平均為1.26,周期來壓步距在15 -28米 之間,平均 16.5米 。）

4.2采空區頂板管理

工作麵開采采空區頂板管理方法為自然垮落結合人工強製放頂,初次放頂步距為 28米 ,步距放頂為 20米 。

初次放頂步距參數表

序號	項目名稱	單位	炮眼名稱
			A1 、A2	B1、B2	C1、C2	D1、D2	E1、E2	F1、F2
1	炮眼長度	米	32	34	36	39	43	26
2	炮眼水平角	度		19	29	38	45	90
3	炮眼垂直角	度	28 17	28 16	25 15	23 14	21 12	33 17
4	炮眼個數	個	2	2	2	2	2	2
5	炮眼直徑	mm	65	65	65	65	65	65
6	炸藥密度	g/cm3	10	10	10	10	10	10
7	每米裝藥量	Kg/m	3.32	3.32	3.32	3.32	3.32	3.32
8	裝藥長度	米	17 18	18 19	19 20	21 22	23 24	14 14
9	裝藥重量	kg	56 60	60 64	64 68	70 73	76 80	46.5
10	充填物長度	米	10	10	10	15	15	12
11	導瀑索長度	米	68	72	76	82	90	56
12	雷管個數	個	2	2	2	2	2	2
13	雷管段數	段	2 1	2 1	2 1	2 1	2 1	2 1
14	炸藥種類		高威力炸藥

4.3頂板管理技術措施

兩順槽及切巷防護措施：超前支護由原 20米 ,增加到 50米 ,雙排單體支柱,對上方煤柱地段進行加固,架設工字鋼棚或錨索帶工字鋼梁。

機道頂板護幫：因本工作麵見頂見底，割平頂板底板，頂板破碎時實行超前移架，擦頂移架等方法，盡可能確保機道頂板完整。

工作麵內特殊地段機道過渡段落的頂板管理，由於兩順槽沿底留頂，掘巷高度 3.5米 ，工作麵采高 4.8米 有一段高差，所以工作麵頂板要以一定的角度緩慢過渡到兩順槽頂板，即從順槽頂板起2°起坡緩慢過渡到工作麵采高，頭尾過渡段一定要保持坡度平緩，避免突變台階，保證支架頂梁接頂效果。

過上層煤柱安全技術措施：上覆11#層距本層間距平均 30米 ，上部有兩條20～ 30米 的煤柱，在開采過程中，過煤柱壓力顯現特別明顯，片幫深度最大達到 2米 ，安全閥80%開啟，采取調斜工作麵，打開二級護壁板，提高初撐力等措施。

5、經濟效益評價

①由於采高增大,大大提高了現有區段煤炭開采率,以14^#層404盤區

煤層厚3.5～8 .84米 ,原設備開采3.2～3 .3米 ,對於平均煤厚 5.1米 煤層,損失 1.8米 ,厚度損失占35.3%,按此計算,盤區僅煤厚損失就達600萬噸,采用於 4.8米 一次采全高,僅煤厚度的回收就可提高30%,並與回收可采原煤513萬噸。

②根據8402工作麵生產情況,因受全礦環節能力影響,大采高日產可達8000噸/日。

經濟效益:設備投資回收期短,投資利潤高;設備投資1.1億元,按全

礦成本80元/噸計算噸煤銷價110元,全年效益200×30=6000萬元,投資利潤率6000/11000=54.5%。工效:81噸/（工、天）。

6、結論

實踐表明,大采高一次采全高工作麵取得了較好的技術經濟效果,一般情況下,其主要的技術經濟指標要優於分層綜采工作麵,大采高綜采工作麵的單產要比同一煤層條件下的分層綜采工作麵提高2.6～4倍,而開采工效則要高16倍,堅硬頂板條件下的一次采全高,已在技術經濟上體現出明顯的優越性和發展潛力,並為降低掘進率、緩和采掘關係、簡化生產環節和安全生產提供了條件。因此,在大同礦區“兩硬”條件下進行采高 5米 的開采具有示範和推廣意義。