京西複雜地質條件稀缺煤種綠色開采技術及頂板管理--馬植勝

　　特別是公司上市以來圍繞綠色礦山、安全礦山、科技礦山、數字化礦山、智能化礦山、集約節約礦山、文化礦山、和諧礦山的建設，全麵實施“京煤保障行動”，公司管理水平、機械化開采水平及安全生產保障能力已取得跨越式提升, 在複雜地質條件難采稀缺煤炭資源機械化開采、綠色開采和安全保障技術等方麵形成了自己的特色。

　　百萬噸工亡率由2009年0.39下降到目前的0.10，2011年首次實現零工亡;2012年，千人負傷率由2009年的12.4下降到目前的2.74，安全績效實現曆史性的突破。

　　受原生沉積環境所製約，同時又受後期多次構造運動的破壞，使得 京西煤田本已相當複雜不穩定的煤層更加複雜化：

　　一是井田內廣泛分布縱橫交錯的各類褶曲破壞;

　　二是斷層破壞嚴重，除大斷層外，中小斷層受構造部位及煤層頂底板岩石性質的控製，常形成頂斷底不斷或底斷頂不斷現象，將煤層錯成許多小塊段;

　　三是岩漿岩侵入使煤層變薄、分岔，使煤層結構、厚度都發生大的變化。

　　木城澗煤礦資源賦存及地質構造典型剖麵

　　大台煤礦資源賦存及地質構造典型剖麵

　　大安山煤礦資源賦存及地質構造典型剖麵

　　長溝峪煤礦資源賦存及地質構造典型剖麵

　　五是在一個工作麵開采範圍內分布著一個或幾個壓薄區，無法形成正規的工作麵;

　　六是岩漿岩侵入使煤層變成非層狀礦體而無法簡單采用層狀礦體的開采方法;

　　七是密集的小斷層使得布置工作麵異常困難;

　　八是部分煤層含有0.1-1米的夾石，夾石硬度f=8-10，對采煤方法選擇、裝備造型造成極大難度;

　　九是煤層頂板堅硬，礦山壓力顯現特殊，頂板管理和控製難度大;

　　十是據有關資料記載京西的采煤曆史早在遼、金、清時代就有開采史。解放前和解放初期，小煤窯到處星羅密布，給采煤方法的選擇和應用形成了極為不利的條件。

　　從北京礦務局、京煤集團到昊華公司，曆屆領導班子和廣大工程技術人員在采煤方法的改革上，都進行了積極艱苦的探索，先後試驗過倉儲法、煤鋸法、倒台階、滑移頂梁、水力采煤、急傾斜西班牙機組、150機組高檔普采。但都沒有形成正規的采煤方法主體，個別機采工作麵也未能堅持下來，大多數煤層開采還是以巷柱、陷落法為主。造成生產係統複雜、水平多、戰線長、回收率低、生產集中度低、事故點多等不利狀態。

　　上世紀90年代中後期，原北京礦務局再次提出以采煤方法為核心的四項改革(采煤方法、巷道布置、支護方式、煤巷光爆)。“走出去，引進來”，探索建立有效的創新機製，廣大技術人員和管理人員的積極性得到了提高。逐步形成了以柔性掩護支架、偽斜分段密集為主導的急傾斜采煤方法，以長壁炮采為主導，複雜的中、厚煤層耙裝法為輔的緩傾斜采煤方法，生產效率取得了較大的提高，三礦四井年產能力600萬噸左右，百萬噸工亡從4-5人降至2.0人左右，安全生產狀況得到了較大的改善。萬噸坑木耗從52立方米降到19立方米。煤巷萬噸掘進率從450m降到230m，京西煤田的采煤方法終於向正規化邁出了堅實的步伐。

　　但是，傳統的炮采落煤方式沒有從根本上得到改變。

　　2012年，公司機采產量達到了251.61萬噸，占回采產量的58.95%。京西礦區現有各類綜采工作麵10個，高檔普采工作麵1個，綜掘工作麵6個。綜采工作麵采高從0.9到3.6米、傾角從10°到60°(局部區域傾角達67°)，覆蓋了京西的各類煤層開采。

　　公司從易到難，從高檔普采、綜采、急傾斜綜采、薄煤層綜采、極薄煤層綜采，改革不間斷，創新無止境。實現了難采煤層開采技術的跨越式發展，淘汰了落後的陷落法，全部實現了正規的壁式開采，機械化程度顯著提高。形成了具有國內先進水平的複雜地質條件難采煤層開采技術體係。

　　昊華公司目前采用的開采技術：

　　共11種。根據各種不同的地質條件、不同的煤層厚度、不同的煤層傾角、不同的塊段，選擇相應的開采方法。

　　緩傾斜、傾斜煤層(相對比較大的塊段)

　　1、堅硬頂板綜合機械化放頂煤技術。應用於緩傾斜、傾斜厚煤層中。

　　2、堅硬頂板中厚煤層綜合機械化采煤技術。應用於緩傾斜、傾斜中厚煤層中。工作麵采高為1.7m～3.0 m。

　　3、堅硬頂板薄煤層綜合機械化采煤技術。應用於緩傾斜、傾斜薄煤層中。工作麵采高為1.1m～2.2 m。

　　4、堅硬頂板極薄煤層綜合機械化采煤技術。應用於緩傾斜、傾斜極薄煤層中。工作麵采高為0.9m～1.5 m。

　　緩傾斜、傾斜煤層(小塊段、邊角)

　　1、堅硬頂板普通機械化采煤技術。應用於小塊段緩傾斜、傾斜薄煤層及中厚煤層中。

　　2、單一長(短)壁炮采技術。應用於不規則的、邊角煤區域的緩傾斜、傾斜薄煤層及中厚煤層中。

　　3、錨固控製耙裝采煤法技術。主要應用於緩傾斜、傾斜小塊段或采區邊角的厚煤層中。工作麵實現無人開采。

　　大傾角、急傾斜煤層

　　1、大傾角、急傾斜複雜煤層綜合機械化采煤技術。應用於大傾角、急傾斜煤層中。工作麵采高1.7m～3.4m。

　　2、柔性金屬掩護支架采煤法技術。在急傾斜中厚煤層及厚煤層中應用。

　　3、俯偽斜走向分段密集支護采煤法技術。主要應用於急傾斜薄煤層。

　　4、急傾斜厚煤層水平分層放頂煤技術。主要應用於急傾斜特厚煤層。

　　1950年至2012年京西百萬噸工亡率情況

　　(三)京西頂板管理所采取的對策

　　在建立健全各項管理製度、落實各級責任製的同時，重點強化技術安全和技術支撐，抓好工程部署安全、工程設計安全、工藝流程安全、規程措施編製安全、審批把關安全、生產技術管理安全，落實“四個優化”，即：優化設計，從源頭抓起做好技術保障;優化係統和生產環節，從基礎上做好技術保障;優化業務流程，從過程控製上做好技術保障;優化勞動組織，從施工管理上做好技術保障。

　　1、建立頂板管理組織機構，嚴格頂板管理責任

　　公司成立以總經理為組長，以安全生產副總經理、總工程師 、副總工程師為副組長，由安全監察部正副部長，生產技術部部長及主管采掘、開拓、地質副部長，技術中心正副主任及辦公室主任，采購供應部正副部長為成員的頂板管理專業領導小組。各礦成立以礦長為組長，總工程師、生產礦長、安監站長為核心的有職能部門參加的頂板管理專業領導小組，並製定了相應的崗位責任製。

　　2、加強設計管理和作業規程管理

　　編製、采區設計和采掘作業規程的同時，必須進行支護設計、控頂設計。要根據工程情況，結合地質資料和礦壓資料，本著“科學、合理、有效”的原則做好支護設計、控頂設計師，並要保證對頂板的控製做到“支、護、穩”，即對頂板應能支得起、對頂板應能護得好、對頂板應能穩得住。支護設計要包括支護方案、支護工藝、特殊支護、支護說明、礦壓觀測方案和支護安全技術措施等內容。作業規程的編製應具有科學性、準確性、針對性、及時性和可操作性。

　　3、加強現場管理，按規程施工，按規範施工

　　采煤、掘進和巷修工作麵嚴禁空頂作業，必須認真執行作業規程規定的支護方式和支護要求。岩巷和煤巷掘進必須采用光麵爆破技術，岩巷要采用錨網噴支護，煤巷均采用錨網索支護，支護必須正規布置，規範施工。

　　加強綜合機械化工作麵和緩傾斜單柱(懸移頂梁支架)壁式工作麵來壓期間的頂板管理、遇地質變化帶及頂板破碎時的頂板管理，柔掩支架回采工作麵，上、下端頭和出煤口均要加固支護的措施，工作麵內采用單柱邁步支撐，尾架所留長度和續架長度、墊層厚度嚴格規定。俯偽斜走向分段密集壁式回采加強支護質量管理，保證足夠的初撐力和密集支柱上方墊層厚度。耙裝法回采工作麵的絞車巷、尾輪巷、打眼巷必須加強支護。

　　4、推行專業管理，把業務做精

　　複雜地質條件帶來生產工藝或工序相對複雜，危險源和風險點相對難以控製和管理。將複雜工藝分解為專項作業，實行專業化管理、專業化隊伍、專業化人員、專業化施工。組建開透口專業隊、支、回架(柱)專業隊、錨網(索)支護專業隊等，發揮專業技術特長和專業化經驗。

　　5、加強地質變化帶預測預報和管理

　　定期組織相關部門對地質構造變化進行分析，進行地質預測預報，製定針對性的安全技術措施。工作麵出現地質構造變化，如煤層變夾、變厚、傾角急劇變化、遇斷層、破碎帶、頂板壓力增大等情況時，必須停止工作，製定安全技術措施後，方可恢複施工。

　　6、加大支護改革力度，推廣應用先進支護技術

　　緩傾斜煤層、傾斜煤層全麵應用錨網索支護，在急傾斜煤層大力推廣應用於錨杆、錨網、錨索支護工藝。斷層、頂板破碎、易塌冒等地質變化地帶，推廣應用注漿、錨注等技術。

　　7、創新思路，推進采煤方法改革

　　分析煤層賦存狀況，頂、底板岩性，探討和試驗新的采煤方法，改變巷道布置方式，對不同區域、不同煤層、不同傾角、不同煤厚、不同區段選用相應適合的采煤方法。煤層傾角在60°以下條件適合時優先考慮綜采，煤層傾角在45°以下厚煤層不能采用綜采的考慮采用耙裝采煤法，煤層傾角在35°以下時不能使用綜采考慮采用壁式采煤法，局部區域煤層厚度在4.5m以上時考慮采用水平分層放頂煤采煤法或“Z”型水平分層放頂煤采煤法 。傾角在50°以上中厚煤層采用柔掩采煤法，薄煤層采用俯偽斜走向分段密集支護采煤法。

　　8、落實隱患排查製度和預警機製

　　建立頂板事故隱患排查製度，對頂板進行分類、分級管理，定期召開頂板管理專業例會，根據工作麵頂板管理存在的問題提前預警，研究製定技術方案、安全措施和實施辦法，做到超前預測、超前預防、超前采取措施。

　　9、加強支護質量監測管理，嚴格監查

　　建立岩石巷道錨杆和噴射砼的強度檢測製度和煤巷錨杆、錨索檢測製度。建立壁式工作麵支護質量監測製度和采掘工作麵支護質量分析製度和評估製度。

　　10、加強礦壓觀測管理和頂板動態預測預報

　　公司有專門的礦壓管理機構，公司和礦設有礦壓科，礦配備專職的主管礦壓副總。並針對京西礦區圍岩的特殊性，建立了多渠道、全方位的頂板監測管理係統，融合最新的礦壓技術，實現常規礦壓監測係統、微地震監測係統、離層遙測係統、電磁輻射係統、綜采監測係統、鑽孔成像係統等係統的集成，形成了一套具有完整理論支撐、儀器先進、信息傳輸通暢、發送及時的礦區頂板安全實時動態監控、分析、谘詢係統，及時對頂板動態進行預測預報。

　　11、強化頂板管理知識的培訓

　　公司定期和不定期組織頂板管理和控製知識的理論培訓和現場培訓，並聘請專家、教授授課、現場指導，使培訓既有針對性又有實效性。

　　12、加強對頂板管理和控製的研究工作

　　利用公司技術中心平台，在自主攻關基礎上，聯合科研院校一同攻關，加強礦壓顯現規律、應力集中區和地質變化帶的研究和控製，解決安全生產過程中的難題、關鍵技術問題。