王剛

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

國投哈密一礦淺部煤層安全開采技術方案探討

王剛

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

介紹了國投哈密一礦的概況，分析了原井工設計方案在淺部開采存在的安全問題，預測出淺部開采隱患區(qū)范圍，根據(jù)該范圍制定露天開采方案，確定露天開采范圍，分析露天開采的合理性，最終得出采用露天方式優(yōu)先開采礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)的結論。

露天礦；淺部煤層；開采技術

0 引 言

國投哈密一礦井田地處哈密大南湖煤田的西區(qū)，煤層層數(shù)多，煤層厚，賦存比較穩(wěn)定、相對集中。礦井含可采及大部可采煤層18層，可采煤層平均總厚度68.40 m。單煤層平均厚度超過6 m以上的有4層，最厚的一層煤平均厚度達9.4 m。煤層傾角一般5°～12°，屬緩傾斜煤層。煤質(zhì)良好，構造簡單。

礦井設計采用淺部斜井開拓方案，礦井初期設主、副斜井、進風立井和回風立井4個井筒，后期隨著開采范圍擴大，分別在井田北部和井田東部增建邊界風井。主斜井及井下大巷采用帶式輸送機連續(xù)運輸，井下輔助運輸采用防爆無軌膠輪車運輸。本井田煤層總體趨勢為走向近南北，傾向向東，西部煤層埋藏淺，東部煤層埋藏深。

1 原井工設計方案淺部開采存在的主要安全問題

1.1 導水裂縫帶切入第四系基底的安全問題

由于淺埋區(qū)內(nèi)的3#、5#、6#煤層已被剝蝕，僅剩7#、10#、12#、13#煤層可采，最上面的7#煤層厚度最大，該層形成的導水裂縫帶高度最高，根據(jù)導水裂縫帶高度計算公式僅對7#煤層的導水裂縫帶高度進行預測即可。

據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)導水裂縫帶計算結果，按照煤層底板等高線圖、基巖等厚線圖和第四系等厚線圖繪制7#煤層淺埋深區(qū)綜采放頂煤一次采全高時導水裂縫帶切入地表區(qū)域及其范圍內(nèi)煤層限采區(qū)分布情況如圖1所示，可以看出7#煤層首采工作面布置在導水裂縫帶切入地表危險區(qū)域，存在如下安全隱患：①大氣降水沿導水裂縫帶灌入井下，帶來突水事故；②裂縫帶漏風給井下通風系統(tǒng)風流控制管理工作帶來困難；③風流進入采空區(qū)形成自然發(fā)火區(qū)。

1.2 淺埋深區(qū)域頂板管理方面的安全問題

原設計首采工作面布置在大背斜的隆起區(qū)域，上部的3＃、5＃煤層缺失，該區(qū)域煤層埋深較淺，埋深19～40 m，最小埋深僅19 m。綜采放頂煤開采存在安全隱患。生產(chǎn)實踐表明，煤層埋藏淺并不一定礦壓小，淺埋煤層長壁工作面普遍出現(xiàn)“臺階下沉”現(xiàn)象，礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板控制具有特殊性[1]。工作面上覆巖層整體切落與臺階下沉如圖2所示。

圖1導水裂縫帶切入地表區(qū)及煤層限采區(qū)分布示意圖

圖2 工作面上覆巖層整體切落與臺階下沉

淺埋深煤層因其特殊的地層賦存條件造成劇烈礦山壓力顯現(xiàn)，例如臺階下沉，貫通裂隙，基巖全厚切落。由于7＃煤層埋深淺、頂板軟，屬緩傾斜煤層，厚度接近10 m，最小埋深僅19 m，如采用常規(guī)支架開采該區(qū)域時，存在工作面支架被壓壞無法繼續(xù)生產(chǎn)以及人員傷亡等重大安全隱患；如采用綜采放頂煤開采，埋深小于40 m時，支架完成承受頂板形成的礦壓，對支架設計支撐強度要求高；埋深60～100 m時，不能形成承壓拱，易造成回采工作面頂板切頂造成安全事故。如果考慮采用房柱式采煤方法，則煤炭回收率較低。

2 淺部煤層開采隱患區(qū)范圍預測結果

研究方案根據(jù)導水裂縫帶切入地表區(qū)域和淺埋深區(qū)域頂板管理方面的安全問題預測出本井礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)域和礦壓顯現(xiàn)正常區(qū)域，本井淺部煤層開采隱患區(qū)范圍示意圖如圖3所示。

圖3 本井淺部煤層開采隱患區(qū)范圍示意圖

3 露天開采技術方案

礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)雖然可以采用井工房柱式采煤法進行開采，但資源回采率較低，雖然充填法可提略提高回采率，但成本增加，將仍然面臨礦壓顯現(xiàn)、自然發(fā)火等諸多安全隱患問題。另外如果先期不開采該區(qū)域，按照煤層賦存條件，必須先開采3#和5#煤層，而3#和5#煤層較薄，前期至少3年不能達到設計生產(chǎn)能力，但如采用露天開采加上2個井工開采工作面則可保證設計生產(chǎn)能力。為防止井工開采可能帶來的安全隱患，提高煤炭回收率，保證煤礦開采的安全可靠、經(jīng)濟合理，實現(xiàn)礦井設計生產(chǎn)能力，特提出礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)采用露天開采的技術方案[2-3]。

3.1 露天開采煤層對象

本研究統(tǒng)計了淺部煤層放頂煤開采隱患區(qū)范圍內(nèi)ZK487、ZK493、ZKJ202 3個鉆孔柱狀圖中的7#、10#、12#煤層厚度及層間剝離物厚度，統(tǒng)計結果見表1。

從表1可以看出，淺部煤層放頂煤開采隱患區(qū)范圍內(nèi) 7#、10#煤層的層間剝采比適中，參照GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范中關于褐煤、非焦煤的經(jīng)濟合理剝采比的推薦值6 m3/t和10 m3/t，7#、10#煤層采用露天方式采出是適宜的。12#煤層在淺部煤層放頂煤開采隱患區(qū)范圍內(nèi)的3個鉆孔層間剝采比計算結果平均值為18.5 m3/t，遠大于GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范中關于褐煤、非焦煤的經(jīng)濟合理剝采比的推薦值，因此，12#煤層不宜采用露天方式采出。

3.2 經(jīng)濟剝采比

表1 7#、10#、12#煤層厚度及層間剝離物厚度統(tǒng)計結果

根據(jù)GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范相關規(guī)定，結合本礦開采煤種及煤層賦存情況，露天采區(qū)境界剝采比按6.0 m3/t進行確定。

按露天開采和礦井開采單位原煤成本比較法計算經(jīng)濟剝采比，根據(jù)新疆地區(qū)的目前情況，按礦井開采原煤成本57.11元/t,露天開采原煤成本8.76元/t，露天剝離成本按12元/m3和10元/m3分別進行考慮，計算經(jīng)濟剝采比分別為4.0 m3/t和5.0 m3/t，其計算公式如下：

式中：ni為經(jīng)濟剝采比，m3/t；c0為礦井開采原煤成本，元/t；a0為露天開采原煤成本，元/t；b0為露天剝離成本，元/m3。

3.3 資源采出率

本研究估算了經(jīng)濟合理剝采比為5 m3/t時的露天采區(qū)資源采出率，估算結果見表2。

表2 露天采區(qū)資源采出率估算

3.4 符合國家煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)劃的政策

針對礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)提出的露天開采方案，年生產(chǎn)能力為4.0 Mt/a（與電廠用煤量匹配），資源條件和外部建設條件均滿足露天開采方案的要求，分析認為，該區(qū)域采用露天開采的方式技術上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，與井工開采方式相比，是更加安全可靠的。煤炭工業(yè)"十二五"規(guī)劃明確指出：在有條件的區(qū)域優(yōu)先建設大型露天礦。因此，采用露天方式優(yōu)先開采礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)符合國家煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)劃的政策要求。

4 結論與建議

綜上所述，礦井初步設計確定的首采工作面附近淺部區(qū)煤層采用放頂煤開采存在諸多安全隱患。研究圈定了礦井采用放頂煤開采時冒落裂隙帶溝通地表的范圍[4-8]，針對其中不適宜壁式體系采煤法開采區(qū)域提出了露天開采方案，很好的解決了該區(qū)域采用井工開采存在的安全隱患問題，并且全采區(qū)的資源采出率可以達到91%，明顯高于井工方式房柱式開采的回采率。

本次研究認為本礦不適宜壁式體系采煤法開采區(qū)域淺部煤層應采用露天開采方案。不適宜壁式體系采煤法開采區(qū)域以外的冒落帶溝通地表范圍，限采高度和煤層厚度較為接近，建議采用留底煤綜放開采。

［1］ 許家林，朱衛(wèi)兵，王曉振，等.淺埋煤層覆巖關鍵層結構分類［J］.煤炭學報，2009，34（7）：865-870.

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［3］ 侯進山.元金煤礦井工開采轉(zhuǎn)露天開采可行性研究［J］.煤炭工程，2013（3）：17-19.

［4］ 楊國勇，陳超，高樹林，等.基于層次分析-模糊聚類分析法的導水裂隙帶發(fā)育高度研究［J］.采礦與安全工程學報，32（2）：206-212.

［5］ 施龍青，辛恒奇，翟培合，等．大采深條件下導水裂隙帶高度計算研究［J］.中國礦業(yè)大學學報，2012，41（1）：37-41.

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［7］ 許家林，朱衛(wèi)兵，王曉振.基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法［J］.煤炭學報，2012，37（5）：762-769.

［8］ 楊貴．綜放開采導水裂隙帶高度及預測方法研究［D］．青島：山東科技大學，2004．

【責任編輯：陳 毓】

Discussion on safe mining technical scheme of shallow coal seam in Guotou Hami No.1 Mine

WANG Gang
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The article introduced the overview of Guotou Hami No.1 Mine,and analyzed the security issues of the preliminary design scheme in shallow coal seam,and predicted the hidden areas in the shallow coal seam.The mine formulated open-pit mining scheme,determined the scope of open-pit mining,analyzed the rationality of open-pit mining and obtained the conclusion that the open-pit mining was preferential in the pressure behavior areas.

open-pit mine;shallow coal seam;mining technology

TD824

B

1671－9816（2017）06－0016－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.005

王剛.國投哈密一礦淺部煤層安全開采技術方案探討［J］.露天采礦技術，2017，32（6）：16-18.

2017-02-14

王 剛（1985—），陜西渭南人，工程師，碩士，2012年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學（北京）采礦工程專業(yè)，主要從事采礦設計工作。