郝萬(wàn)東

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原 030006)

東坪煤礦為具有60年開(kāi)采歷史的老礦井，資源整合后礦井批準(zhǔn)生產(chǎn)能力為120萬(wàn)t/a。目前井田范圍內(nèi)4號(hào)、8號(hào)、9號(hào)煤層已經(jīng)開(kāi)采枯竭，15號(hào)煤層尚剩余部分資源，但剩余資源大部分為村莊下壓煤、邊角煤以及大巷保護(hù)礦柱，其中邊角煤資源量1200萬(wàn)t。這部分剩余邊角煤資源賦存點(diǎn)分散，儲(chǔ)量較小，形狀不規(guī)則，無(wú)法布置正規(guī)綜采工作面。如何安全高效地開(kāi)采這部分資源，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，是該礦目前亟待解決的問(wèn)題[1-15]。

1 首采面煤層地質(zhì)條件

首采工作面位于井田中部F6大斷層附近，工作面西邊為綜采面采空區(qū)，東部和北部分別為秦賈村和劉賈村的村莊保護(hù)煤柱，工作面南部為劉賈村保護(hù)煤柱，首采工作面位置如圖1所示。整個(gè)工作面為不規(guī)則梯形，面積1.7萬(wàn)m2，可采儲(chǔ)量15.6萬(wàn)t。

圖1 首采工作面位置

1.1 煤層

首采面主采15號(hào)煤層，該煤層位于太原組底部，厚度5.49～6.82m，平均6.15m，結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單～復(fù)雜，煤層傾角3°～5°，屬于近水平厚煤層。煤層硬度f(wàn)=2左右。煤層距地表100～120m。

1.2 頂?shù)装?/h3>

15號(hào)煤層直接頂為K2石灰?guī)r，巖質(zhì)細(xì)膩，堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育，平均厚度9.75m。15號(hào)煤層直接底為灰黑色砂質(zhì)泥巖，富含植物化石及菱鐵礦結(jié)核，平均厚度6m，抗壓強(qiáng)度8.8～12.4MPa，屬軟巖。

1.3 其它技術(shù)條件

1)瓦斯。根據(jù)瓦斯等級(jí)鑒定批復(fù)文件，瓦斯絕對(duì)涌出量為4.72m3/min、相對(duì)瓦斯涌出量2.00m3/t，二氧化碳絕對(duì)涌出量為5.86m3/min、相對(duì)涌出量2.47m3/t，瓦斯等級(jí)為低瓦斯礦井。

2)煤塵。根據(jù)鑒定報(bào)告，15號(hào)煤火焰長(zhǎng)度20mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量為35%，煤塵有爆炸性。

3)自燃傾向性。根據(jù)鑒定報(bào)告，15號(hào)煤吸氧量1.02m3/g，自燃傾向性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬不易自燃煤層。

4)地溫。井田內(nèi)及周邊地區(qū)未見(jiàn)地溫、地壓異常區(qū)，礦井生產(chǎn)實(shí)踐中，地溫、地壓正常，屬地溫、地壓正常區(qū)。

2 采煤方法與開(kāi)采技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2.1 采煤方法選擇

以連續(xù)采煤機(jī)為主要開(kāi)采設(shè)備的短壁機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)特別適用于不規(guī)則邊角煤塊段、各類煤柱的殘采和復(fù)采、建筑物下壓煤開(kāi)采等。東坪煤礦15號(hào)煤層連采適應(yīng)性評(píng)價(jià)分析見(jiàn)表1。由表1可知，東坪煤礦15號(hào)煤層地質(zhì)賦存特點(diǎn)非常適宜采用連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行開(kāi)采。

2.2 開(kāi)采技術(shù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)東坪煤礦15號(hào)煤層首采工作面地質(zhì)賦存條件和地表建筑物分布情況，工作面考慮采用塊段房柱式工藝布置方案，頂板按不垮落考慮。

表1 15號(hào)煤層連采適用性評(píng)價(jià)分析

2.2.1 巷道布置

在井田中央開(kāi)拓大巷西北側(cè)村莊保護(hù)煤柱內(nèi)垂直開(kāi)拓大巷方向布置連采工作面運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷，在到達(dá)工作面開(kāi)采區(qū)域后，沿村莊保護(hù)煤柱邊界布置首采面運(yùn)輸平巷，沿?cái)鄬幼呦虿贾霉ぷ髅婊仫L(fēng)平巷。在回風(fēng)平巷與運(yùn)輸平巷間布置回采支巷，支巷與運(yùn)輸平巷布置呈60°，以便于設(shè)備運(yùn)行。支巷間留設(shè)15m寬煤柱支撐頂板，相鄰支巷間每隔27m(巷中對(duì)巷中)采用聯(lián)巷貫通。各回采支巷和支巷間聯(lián)絡(luò)巷寬度均為6m。根據(jù)布置方案，回采區(qū)域內(nèi)共布置回采支巷10條，聯(lián)巷12條，工作面開(kāi)采方案布置如圖2所示。

圖2 工作面開(kāi)采方案布置圖(m)

2.2.2 巷道斷面與支護(hù)設(shè)計(jì)

整個(gè)回采工作面的巷道全部采用矩形斷面，根據(jù)巷道的不同用途以及從方便工作面設(shè)備運(yùn)行方面考慮，巷道斷面設(shè)計(jì)如下：運(yùn)輸平巷與運(yùn)輸大巷斷面：寬×高=5.5m×4.5m；拉底回采前支巷斷面：寬×高=6m×4m；拉底回采后支巷斷面：寬×高=6m×6.5m。

工作面巷道頂板全部采用Ф20mm×2200mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)，每排4根，間排距1500mm×2000mm。兩幫采用Ф20mm×1800mm玻璃鋼錨桿或圓鋼錨桿支護(hù)，間排距1500mm×1500mm，每幫支護(hù)三根。錨索采用三花布置，排距4m。

支巷上分層掘進(jìn)時(shí)，對(duì)支巷上分層頂板和兩幫同時(shí)進(jìn)行支護(hù)，回采下分層時(shí)，只回采不支護(hù)。

2.2.3 開(kāi)采工藝

連采工作面的采煤包括支巷掘進(jìn)與支巷拉底回采，全部由連續(xù)采煤機(jī)完成。工作面采掘順序如下：掘進(jìn)支巷1、 掘進(jìn)支巷2及聯(lián)絡(luò)巷1和2、二次拉底回采支巷1、掘進(jìn)支巷3及聯(lián)絡(luò)巷3和4、二次拉底回采支巷2及聯(lián)絡(luò)巷1、2，支巷掘進(jìn)與拉底回采順序如圖3所示。如此往復(fù)直至整個(gè)工作面10條支巷拉底回采完畢。

圖3 支巷掘進(jìn)與拉底回采順序

支巷回采工藝：回采支巷時(shí)，一次正規(guī)循環(huán)進(jìn)尺6m，當(dāng)遇到復(fù)雜地質(zhì)情況或發(fā)育頂板及煤層時(shí)及時(shí)減小循環(huán)進(jìn)尺，支巷采用切槽和采垛的方式完成6m寬巷道的掘進(jìn)。支護(hù)與掘進(jìn)平行作業(yè)，即連采機(jī)在支巷掘進(jìn)時(shí)，工人在聯(lián)巷進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，連采機(jī)在聯(lián)巷掘進(jìn)或在相鄰支巷拉底回采時(shí)，工人在支巷進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。

支巷拉底回采工序：支巷采用連續(xù)采煤機(jī)挖底的方式進(jìn)行底部煤層的拉底開(kāi)采。其工藝是首先回采支巷上部4m高度煤層，邊回采邊支護(hù)，形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)后，再進(jìn)行支巷下部剩余2.5m底煤的回采。其方式是在運(yùn)輸巷開(kāi)口處，連續(xù)采煤機(jī)采用8°下山的方向掘進(jìn)，待切割至煤層底后，連采機(jī)保持水平方向掘進(jìn)，二次回采兩幫不支護(hù)，連采機(jī)整個(gè)拉底過(guò)程中全部采用遙控器操作。拉底工序如圖4所示。

圖4 支巷回采與二次拉底工序(m)

2.2.4 工作面連采設(shè)備選擇

根據(jù)東坪礦15號(hào)煤層特點(diǎn)，工作面選擇了由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院生產(chǎn)的成套連采裝備。采煤機(jī)選擇了EML340-33/55型大采高連續(xù)采煤機(jī)，該采煤機(jī)一次有效截割高度3.3～5.5m，每小時(shí)落煤量可達(dá)1000t以上。采用變頻調(diào)速控制行走機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)扭矩大、過(guò)載能力強(qiáng)，爬坡能力強(qiáng)。

由于工作面不規(guī)則，回采支巷長(zhǎng)短不一，故后配套運(yùn)輸設(shè)備選擇SC15/182F型分體梭車，該梭車最大安全載重15t，采用拖電纜電驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式，滿載運(yùn)行速度8.2km/h，有效運(yùn)行距離150m。工作面其它主要配套設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 工作面配套設(shè)備

2.2.5 工作面運(yùn)輸系統(tǒng)

聯(lián)巷掘進(jìn)、支巷掘進(jìn)和二次拉底回采時(shí)采用SC15/182F梭車、刮板輸送機(jī)、DSJ100/63/2×45實(shí)現(xiàn)工作面至運(yùn)輸平巷最終到運(yùn)輸大巷帶式輸送機(jī)間的煤炭運(yùn)輸。

輔助運(yùn)輸設(shè)備主要是采用平板車或防爆鏟運(yùn)車從運(yùn)輸大巷經(jīng)運(yùn)輸平巷運(yùn)至連采工作面。

2.2.6 工作面通風(fēng)系統(tǒng)

1)通風(fēng)方式：運(yùn)輸平巷、回風(fēng)平巷、工作面回采支巷掘進(jìn)時(shí)全部采用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，支巷拉底回采采用全風(fēng)壓通風(fēng)方式，拉底回采支巷2時(shí)通風(fēng)方式如圖5所示。

圖5 拉底回采支巷2時(shí)通風(fēng)示意圖

2)通風(fēng)路線：主井、副井→井底車場(chǎng)→井田開(kāi)拓運(yùn)輸大巷→采區(qū)運(yùn)輸大巷→連采面運(yùn)輸平巷→支巷(礦房)開(kāi)采工作面→連采面回風(fēng)平巷→采區(qū)回風(fēng)大巷→井田開(kāi)拓回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井→風(fēng)硐排出地面。

3)工作面配風(fēng)量：工作面配風(fēng)量既要滿足稀釋瓦斯和二氧化碳等有毒有害氣體的要求，又要滿足人員呼吸和巷道最小風(fēng)速要求。計(jì)算工作面配風(fēng)量為900m3/min。

3 經(jīng)濟(jì)效益

東坪煤礦從2018年初引進(jìn)該套連采技術(shù)以來(lái)，工作面運(yùn)行穩(wěn)定，平均每月生產(chǎn)原煤2.5萬(wàn)，噸煤售價(jià)459元，每月實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收入1125萬(wàn)元。根據(jù)工作面設(shè)備配置和東坪煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際消耗費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，每月機(jī)械費(fèi)(主要包括設(shè)備折舊費(fèi)、大修費(fèi)、配件費(fèi)、電費(fèi))為77.5萬(wàn)元，人工費(fèi)每月(工資、福利)50萬(wàn)元，材料費(fèi)每月(支護(hù)材料、油脂)26萬(wàn)元，折合噸煤直接生產(chǎn)成本為61.4元/t，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4 結(jié) 語(yǔ)

以連續(xù)采煤機(jī)為主要開(kāi)采設(shè)備的短壁開(kāi)采技術(shù)在東坪煤礦取得了成功，該技術(shù)的成功實(shí)施，不僅為東坪煤礦可持續(xù)發(fā)展和延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限提供了技術(shù)解決途徑，而且也為其它類似礦井的邊角煤開(kāi)采提供了很好的借鑒。