提 綱
雲南省煤炭資源概況
不穩定煤層對礦井生產的影響
不穩定煤層開采方法
一、雲南省煤炭資源概況
雲南省煤炭資源豐富，2003年全省探明煤炭資源儲量252.8687億噸，居全國第9位，在南方省（區）中僅次於貴州。第三紀褐煤全國第一。
產地265處，主要分布在滇東、滇南和滇東北地區。
一、雲南省煤炭資源概況 -----曲靖煉焦煤礦區
曲靖煉焦煤礦區：該區資源豐富，煤炭產量占全省的一半左右，是雲南省煉焦用煤的主要分布區，全省煉焦用煤的98%集中於該地區。
一、雲南省煤炭資源概況 -----昭通褐煤礦區
昭通褐煤礦區：我國已發現的最大的褐煤礦區。礦區含煤麵積140 km2。可采煤層2～3層，厚度最大194m，一般30～80m，已探明褐煤儲
量80多億t。
一、雲南省煤炭資源概況 -----小龍潭礦區
小龍潭礦區位於開遠市區北西23千米的小龍潭盆地中，麵積18平方千米。
具有工業價值的煤層共有兩個含煤段，即主煤層段和薄煤層段。主煤層段為巨厚煤層，最大厚度215.68米，最小厚度2.37米，平均厚度72米。煤質較好，保有儲量10.3億噸。
小龍潭煤礦坑口電站總裝機 容量60千瓦，占雲南省火力發電的50%以上。
一、雲南省煤炭資源概況
雲南省煤層總體較為穩定，但也有部分礦區煤層穩定性較差，如：
恩洪礦區宣威組可采厚度10~31m，平均18.04m，可采係數為7.22% ，煤層單層變化厚度最大達5m；
老廠礦區可采煤層厚度7~33m，平均20m，可采係數4.44%。
全省也有透鏡體、雞窩狀礦區, 如晚古生代煤層, 穩定性普遍較差。
煤炭變質程度：從低變質褐煤到煙煤直至高變質無煙煤。
一、雲南省煤炭資源概況
煤層數量和厚度不一, 可采煤層單層厚度薄的不到1m, 厚的達多米。如：
恩洪煤田, 可采層數多達25層, 可采層總厚度才19.3m；
小龍潭煤田隻一層, 平均厚度116.5m, 最厚處達到250m。
煤層傾度不一, 從近水平到80-90°, 甚至有的形成倒轉, 但大多數為緩傾斜煤層尤其是褐煤田。
因此，對雲南地區不穩定煤層開采方法的研究有一定現實意義。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
1、煤層穩定性的定義
煤層穩定性是指煤層形態、厚度、結構和可采性的變化程度，以及煤類和煤質的變化情況。其中，對資源量小，連不成片，或者不能單獨開采的煤類可不予考慮。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
2、煤層穩定程度的劃分
根據2002年的《煤、泥炭地質勘查規範》的劃分，煤層穩定程度共劃分為四類：
（1）穩定煤層：煤層厚度變化很小，變化規律明顯，結構簡單至較簡單；煤類單一，煤質變化很小。全區可采或大部分可采。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
（2）較穩定煤層：
煤層厚度有一定變化，但無明顯規律；
結構簡單至複雜；
有兩個煤類，煤質變化中等；
全區可采或大部分可采；
可采範圍內煤厚和煤質變化不大。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
（3）不穩定煤層：煤層變化較大，無明顯規律，結構複雜至極複雜；有兩個或三個以上煤類，煤質變化大。包括：
1）煤層變化很大，具突然增厚、變薄現象，全區可采或大部分可采；
2）煤層呈串珠狀、藕節狀，一般連續，局部可采，可采邊界不規則；
3）難以進行分層對比，但可進行分組對比的複煤層。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
（4）極不穩定煤層：煤層厚度變化極大，呈透鏡狀、雞窩狀，一般不連續，很難找出規律，可采快段零星；或為無法進行煤分層對比，且層組對比也有困難的複煤層；煤質變化很大，且無明顯規律。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
3、煤層穩定性的評定指標
《礦井地質規程》（1984）指出，在定量評定煤層穩定性時：
1） 薄煤層：以煤層可采性指數（Km）為主要指標，煤厚變異係數（r）為輔助指標；
2）中厚及厚煤層：以煤厚變異係數為主要指標，煤層可采係數為輔助指標。
據此，可定量劃分煤層穩定類型。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
煤層可采性係數Km：表示評定區內可采煤層所占比例的參數，其計算公式如下：
式中： Km—煤層可采性指數；
n—評定區內所有參加評定的見煤點數；
n’—見煤點總數n中煤厚大於或等於最低可采標準的見煤點數。
煤厚變異係數r：反映評定區內煤層厚度變化偏離平均厚度程度的參數。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
4、不穩定煤層產生的原因
由於煤層厚度變化對開采的影響最大，而且最為常見。一般來說，不穩定煤層主要是指厚度變化大的煤層。造成煤層不穩定的主要原因有：
(1)煤層形成時地殼不均衡沉降造成的；
(2)泥炭沉積基底不平造成的；
(3)河流或海流衝蝕造成的；
(4)地質構造擠壓造成的；
(5)石灰岩地層岩溶塌陷或火成岩侵入造成的。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
煤層厚度的變化往往不是單一地由某一種原因造成，而是由兩種或幾種原因綜合作用的結果。
在同一礦井的不同煤層或同一煤層的不同部位，引起厚度變化的原因也可能不同，有些地方可能是原生沉積造成的厚度變化，而另一些地方則可能是後期地質構造形成的厚度變化。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
5、不穩定煤層對生產的影響
（1）巷道掘進率高
不穩定煤層由於連續性和穩定程度差，需要高密度的巷道進行控製。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
（2）準備巷道布置困難
對於結構相對簡單的不穩定煤層，主要是煤層厚度和傾角發生變化。要求：
按腰線開掘一條準備巷道，以探清煤炭賦存；
根據己知地質資料布置好巷道後，煤層厚度變化往往需要重新調整巷道布置。如：分層開采的厚煤層，煤層變薄隻能單一煤層開采；或單一煤層開采，由於煤層變厚被迫改為分層開采，需要重新調整巷道布置。
對於賦存特別複雜的煤層，往往還需要一些特殊的采煤方法。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
（3）生產計劃製定困難
製定生產計劃時需要考慮煤層賦存變化所帶來的產量變化；煤層變薄會造成采煤量減少，使生產計劃難以完成。
二、不穩定煤層對礦井生產的影響
（4）采出率降低，浪費資源
不穩定煤層厚度變化造成工作麵回采率下降是對礦井最嚴重的影響。
若煤層局部變薄，且變薄區的厚度小於破煤設備和支架的最小工作高度，為保證工作麵連續推進，則需采出部分頂底板矸石或將該變薄區丟棄不采。
工作麵煤層局部變厚時，若變厚區範圍不大，不值得布置分層工作麵，則隻能采出破煤設備和支架允許高度範圍內的煤體，而將變厚的部分作為厚度損失丟棄不采；若變厚區的範圍較大，則需改用分層開采，並需改變原有的采區或帶區巷道準備方式。
三、不穩定煤層開采方法
迄今為止，國內外尚沒有一種采煤方法能夠適應各種不穩定煤層的開采。原因：
因為不穩定煤層往往地質條件比較複雜，煤層賦存不規則，無規律，煤層厚度和傾角變化難以預測，大型化的設備很難發揮產能空間，現有的探測技術很難適應這種複雜的地質條件等。
三、不穩定煤層開采方法
1、不穩定煤層的開采方法
不穩定厚煤層的開采，主要方法有：
分層下行開采；
恒底式分層開采；
炮采放頂煤開采；
普采放頂煤及綜放開采。
一些礦區也試驗一些新型的不穩定煤層采煤方法，取得了顯著的效益。如，濟寧二號煤礦在3下不穩定煤層將工作麵分成綜采區、過渡區和綜放區三個部分用同一套設備進行回采以適應煤厚的變化。
三、不穩定煤層開采方法
（1）分層下行開采
應用最為廣泛的方法。
在煤層較厚的局部地區，對煤層進行分層，布置走向或傾斜長壁工作麵，用綜采、普采或炮采工藝自上而下順序開采。
但由於煤層厚度的變化大，分層厚度及工作麵大小常受影響，導致工作麵的產量、效率和回收率普遍偏低，同時也不適應綜合機械化開采的要求，難以達到高產高效。
三、不穩定煤層開采方法
（2）恒底分層開采
恒底分層開采方法先沿底板回采第一分層，上方頂煤和頂板自然垮落。頂煤和頂板經過一段時間活動穩定後再沿底板回采第二分層，並用同樣的方法順序采完各個分層。但是，恒底分層開采的條件是上部煤層垮落後能夠膠結為再生煤層，對煤層條件要求高，且最後分層工作麵由於垮落頂板影響，煤質灰分高。
三、不穩定煤層開采方法
（3）一次采全厚放頂煤開采
該法是沿厚煤層的底板布置回采巷道，在采用走向長壁采煤方法回采底層煤的同時放頂煤，一次采全厚。
巷道布置簡單、效率高、產量大、生產安全、回采率高等優點，能夠很好地解決緩傾斜不穩定厚煤層的開采問題。
我國在開采厚煤層中先後有炮采放頂煤采煤法、普通機采放頂煤采煤法和綜采放頂煤采煤法等。
三、不穩定煤層開采方法
三、不穩定煤層開采方法
一次采全厚放頂煤采煤法的工作麵始終沿底板推進，這樣煤層厚度變化不會影響工作麵的正常生產，不存在丟頂煤和丟底煤的問題。
在煤層厚度變化較大的厚煤層中，采用放頂煤采煤法比分層開采可以取得較高的采出率。
此方法被認為是解決緩傾斜不穩定厚煤層開采的最好方法。
三、不穩定煤層開采方法
對於急傾斜不穩定厚煤層的開采，一般采用倉儲式放頂煤采煤法。
對於較薄不穩定厚煤層開采，目前國內有少數礦井采用輕型放頂煤支架進行綜采放頂煤開采，工作麵年產量一般為70~100萬t。
三、不穩定煤層開采方法
（4）不穩定煤層其它開采方法
開采傾斜不穩定煤層還有有水力采煤法等；
開采急傾斜不穩定煤層有水平分層采煤法、斜坡采煤法、巷道長壁采煤法、水平巷柱采煤法、深孔爆破采煤法、水力采煤法等。
三、不穩定煤層開采方法
2、不穩定煤層的開采工藝
開采不穩定煤層的工藝應有較強的適應地質條件變化的能力。
對於薄及中厚煤層的一次采全高及厚煤層分層開采主要有摩擦支柱+金屬鉸接頂梁、單體支柱+金屬鉸接頂梁/ ∏型鋼梁、整體頂梁懸移支架等炮采工藝，普采和高檔普采，炮采/普采鋪網和綜采放頂煤工藝以及輕型支架放頂煤工藝等。
以厚煤層放頂煤為類介紹不穩定煤層的開采工藝。
三、不穩定煤層開采方法
（1）普采放頂煤工藝
普采成本低，對地質變化的適應性強，工作麵搬遷容易。
對推進距離短、形狀不規則、小斷層和褶曲較發育的工作麵，采用普采較綜采可取得較好的效果，而且普采操作技術較易掌握，組織生產比較容易。
普采是我國中小型礦井發展采煤機械化的重點。
三、不穩定煤層開采方法
普采放頂煤工作麵采用金屬摩擦支柱/單體液壓支柱+金屬鉸接頂梁/ ∏型鋼梁進行支護，采煤機采煤，頂板鋪金屬網，綜合了普采適應性強和放頂煤效率高、產量大等優點，在生產中得到了廣泛的應用。
如盤江礦務局山腳村礦121215高檔麵，采用DZ25單體柱配合HDJH--1200鉸接頂梁，鋪金屬網護頂，MG15022滾筒采煤機，沿底割煤，采高2.0~2.2m，回柱放頂時人工破網回收護頂煤，創造了良好的效益。
三、不穩定煤層開采方法
（2）炮采放頂煤工藝
炮采放頂煤工藝在不穩定厚煤層一次采全高開采中應用最為廣泛。
1)單體液壓支柱∏型鋼梁支護
操作簡單、管理方便、安全可靠、經濟效益顯著，是解決難采厚煤層的一種實用技術，是一種技術上可行，經濟上合理的新支護方法，是高檔普采和炮采設備的新發展，值得推廣使用，尤其適合地質構造複雜的工作麵。
單體液壓支柱∏型鋼梁支護在地質多變的情況下有更大的適應性。∏型梁屬剛性支護，放炮後及時移主梁，能及時有效地支護頂板，阻止頂板離層。過破碎帶時，炮後即便炮道上方出現漏頂，隻要∏型梁插入煤壁，用網和背板封頂，支架仍有一定的穩定性。
三、不穩定煤層開采方法
義馬煤業集團陝澠煤田主采二疊係山西組二1煤層，煤層賦存極不穩定。石壕13111試驗試驗工作麵煤層厚度4~8m,平均5m。該工作麵分上下兩段,上段走向長220m,傾斜長75m;下段走向長350m,傾斜長70m,工作麵總長度145m。工作麵采用2.4m長的π型鋼梁配合DZ22-30/100單體液壓支柱支護。實踐證明,放頂煤一次采全高技術對煤層厚度變化有較強的適應性，提高了工作麵單產和工效,平均單產由原來的7000t/月提高到1300t/月,平均采煤工效由原來的2.1t/工提高到3.9t/工,分別提高了85.7%,降低了成本,減輕了工人的勞動強度,緩和了采掘接替緊張的局麵,安全狀況良好,取得了顯著的經濟和社會效益。
三、不穩定煤層開采方法
2）與單體液壓支柱相比，懸移支架穩定性強，護頂麵積大，實現了移架的機械化，減少了支護工作量和減輕了工人的勞動強度；與自移液壓支架相比，其價格低廉。懸移支架采煤工藝尤其是適用於煤厚變化大，地質條件複雜的緩傾斜厚煤層的開采。
鄭煤大平煤礦試驗工作麵長65m，可采推進長度240m，煤層厚度3.0~21.8m，平均6.5m；煤層賦存不穩定，結構複雜。選用ZH1600 /16 /24Z型整體頂梁懸移液壓支架,每棚四柱,棚架中心距(1 000 ±20)mm,最大控頂距3 600mm,最小控頂距3 000 mm,放頂步距800 mm。回采工藝流程:打眼放炮→移架采煤→放頂煤→移刮板輸送機。
懸移支架移架操作工序：炮後護頂(前伸翻轉梁超前護頂) →刷幫出煤→收回翻轉梁→提起前後4根立柱→前移整體頂梁→落四柱支撐頂梁→移托梁。
三、不穩定煤層開采方法
3）使用單體液壓支柱金屬鉸接頂梁的工作麵，在回采過程中：
工作麵采用“單體液壓支柱＋金屬鉸接頂梁的支護方式。
在頂板特別破碎的條件下，工作麵支護一般采用“單體液壓支柱＋金屬十字鉸接頂梁”的支護方式。
三、不穩定煤層開采方法
（3）綜采放頂煤工藝
煤層厚度大，且厚度變化較小，頂底板較平整的不穩定煤層，采用綜采放頂煤開采可以取得較好的技術經濟效果。
如鄭州米村礦在工作麵煤層厚度6～8m，傾角 6～8º，工作麵長78m 的條件下采用高位開天窗放頂煤綜采，達到了工作麵月產6.0萬t，回采工效22．3t/工 ，工作麵回果率達85.1%, 比條件相同的分層炮采工作麵月產提高近2倍（炮采月產約2.1萬t），工效提高4倍多（炮采工效4.290 3t/工 ）。
三、不穩定煤層開采方法
常用的還有輕型支架放頂煤工藝。
淮北臨渙煤礦礦井地質構造複雜、斷層多,主采煤層為7、9煤，煤厚為1.6~4.8 m,平均3.2 m。
多年來采用炮采工藝,由於煤層賦存不穩定，煤體鬆軟，頂板破碎，造成單產低、資源回收率低,安全可靠性差。
2000年以來，試用輕型支架放頂煤開采工藝，工作麵降低采高，跟底回采，礦井在安全性、資源回收和生產能力等方麵均收到了較好的效果。支架型號為
三、不穩定煤層開采方法
ZF2400-16/24,為單擺杆、整頂梁、伸縮前梁、四柱式放頂煤支架結構，工作阻力為2 400 kN，采高範圍1.6~2.4 m；采煤機為G160/375-W；前後部運輸機均為SGZ630/264型。
鄭州煤電集團在不穩定煤層條件下，通過對綜放工藝和綜放設備不斷進行技術改進，工作麵月產量由3萬t提高到10~18萬，t年產量由25萬t提高到180萬t。綜采放頂煤開采技術在三軟不穩定厚煤層條件下，取得了顯著的經濟效益和社會效益。
三、不穩定煤層開采方法
3、不穩定煤層巷道布置
（1）不穩定煤層開拓方法
開采不穩定煤層要有礦井地質資料作指導，而不穩定煤層在勘探階段往往難以查清煤層的具體賦存情況。
在礦井開發過程中必須加強礦井地質工作，用鑽探找煤，進一步查清礦井地質情況。
不穩定煤層由於可采煤層的連續性和穩定性差，必須有較高密度的巷道來控製，這是不穩定煤層開拓特點，也是巷道掘進率高的原因。
三、不穩定煤層開采方法
3、不穩定煤層巷道布置
巷道布置參數選擇的原則：除像穩定煤層考慮技術經濟上合理外，還要考慮客觀上的可能性，如：
回采工作麵傾斜長度、走向長度，首先取決於煤層可采部分在走向和傾向上的連續長度。
三、不穩定煤層開采方法
在不穩定煤層中進行開拓設計應考慮如下幾點：
1)開采階段的垂高：必須小於褶皺起伏的平均幅度，否則就會出現某段煤層在上下階段石門之間起伏而不被階段石門所揭露；
2)回采工作麵傾斜長度：取決於切眼起點到向、背斜軸的長度；
三、不穩定煤層開采方法
3)石門間距：必須和褶曲軸的傾伏相適應，否則沿煤層的運輸順槽就可能因進人背斜頂部或向斜底部而脫離煤層；
4)在設計階段應正確選擇階段垂高、石門間距，如設計不當，待基本巷道係統形成後再進行改造，往往是不經濟的。
如垂高25m為合適階段，但設計為35m，以後不加密階段則難以充分開采儲量，進行加密，階段高度則為17.5m，掘進量又太大。
三、不穩定煤層開采方法
（2）采區劃分
不穩定煤層采區的劃分是以斷裂塊段、不連續的煤帶或煤包作為采區範圍，對距離較近的零星塊段，則以岩巷聯通並入大塊段內，這樣有利於各采區形成獨立通風係統，減少安全煤柱，易於封閉，防止采空區自燃蔓延到其他采區。
三、不穩定煤層開采方法
對於不穩定煤層，巷道布置時可以在一定程度上通過工程措施，將複雜條件重新分解為簡單條件，使采煤準備巷道盡可能沿各種變化和構造的邊緣和界線進行。
如厚薄變化的界限、傾角變化的界限、可采和不可采的界限、構造的邊緣等。經過這樣的切割，宏觀上看來是複雜和不穩定的煤層，但從被切割後的各個局部上來看就是簡單和穩定的。
三、不穩定煤層開采方法
在生產中探煤時，探煤上山的位置一定要放在煤厚變化點上，跟底板順煤層向上，揭露沿傾斜方向上煤包賦存情況，同時也可作為通風、安全出口，采煤時還可以溜煤。
探煤上山的間距、密度視揭露煤包的位置、大小、形狀而定30～40m布置一條，必要時，兩上山間還可以布置一定數量的偽傾斜上山，進一步查清煤包賦存情況。
三、不穩定煤層開采方法
例如，新餘市渝水區歐裏長坡煤礦利用探煤上山探到煤後，在煤包中間沿煤層底板開掘上山作為采煤時的主幹運巷，隔30～40m布置一條探煤上山作下一采區的探煤巷。
三、不穩定煤層開采方法
總之，選擇適當的巷道控製密度，從充分開采儲量和降低掘進工程量兩方麵綜合考慮，謀求最佳的總體經濟效益，對不穩定煤層的開拓設計是特別重要的；在不穩定煤層中進行采區巷道布置應針對其複雜性、不穩定性、形態各異的特點，在有利於回采並且安全、經濟、提高回采率基礎上因地製宜地提出巷道布置方案。
褐煤原位注熱開采油氣與煤質改性技術簡介
地麵施工群井進入煤層，通過水力壓裂技術使群井沿煤層下部連通，首先選擇其中若幹井作為注熱井，另外一些井作為生產井，沿注熱井注入 600°C 的高溫過熱水蒸氣， 對流加熱煤層，並使煤層熱解，產出大量烴類氣體和煤焦油，從生產井排到地麵，然後經過換熱器使油氣水分離，即可進入銷售環節，而換熱器交換的熱量變成了更低沸點流體的驅動力，驅動汽輪機帶動低溫發電機發電， 從而使能量有了非常充分的利用和更好的經濟收益。
經濟分析
以烏蘭察布的褐煤為例，噸煤原位熱解可獲得 504m3/t 烴類氣體，其熱值2300-2500Kcal/Nm3，按重量計算，原位注熱采出了煤層重量的 65%，殘留的 35%的煤，經工業分析為半焦或高變質的無煙煤。其孔隙率達 50％以上，容重為 0.53g/cm3 。
由實驗結果可知，對烏蘭察布褐煤而言，產氣率為 504.41m3/t，煤焦油為實驗煤量的 5%。
以一天處理 1000 t煤計算，
每年可以生產熱解氣
504.41×1000×360=1.82×108 m3/a
每年可以生產的煤焦油
1000 ×360×0.05=18000 t/a
高溫熱解水蒸氣的預熱發電每年為
287.9×1000×360=1.0365×108 kwh/a
固定資產投入 14600 萬元
經濟分析
收益分析：
熱解氣年銷售收入：504.41×1000×360×0.5÷1.17=7775.5385 萬元
煤焦油年銷售收入：18000×1950÷1.17=3000 萬元
預熱發電的電年銷售收入：1.0365×108×0.8÷1.17=7087.18 萬元
年生產成本：444.95×500×360 +5600000=8633.2 萬元
年利潤：7775.5385 + 3000 + 7087.18-8633.2=9229.718 萬元
收回固定資產投資期限為 1.5 年。
|
發表評論
