科技情报开发与经济 文章编号：１００５—６０３３（２０１１）２８—０１９７—０２ ＳＣＩ－ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２０１ １年第２１卷第２８期 收稿日期：２０１１－０８—０４ 东兴煤业１ ５号煤层的采区布置及装备选型 孙春伟 （山西煤炭运销集团有限公司，山西太原，０３０００２） 摘要：在对东兴煤业地质条件、煤层储存条件分析的基础上，就１５号煤层的采煤方法、 工作面顶板管理方式、支护设备选型、回采工作面的长度、采高和巷道布置进行了研究。 研究结果表明：放顶煤综采工艺适合本矿现有的生产条件，工作面顶板管理简单易行。 关键词：放顶煤；采区布置；１５号煤层；东兴煤业 中图分类号：ＴＤ８２２￣．２ 文献标识码：Ａ 厚度，可采用放顶煤开采。 太原东山东兴煤业有限公司是兼并重组企业，其矿井可采 煤层为１５号煤层，位于太原组中下部，全区稳定可采，厚度５．１０ ｍ～６．７５ ｍ，平均５．８３ ｍ，该煤层结构简单～较简单，一般含０－３层 夹石，夹石单层最大厚度Ｏ．３５ ｍ。顶板岩性为石灰岩，底板岩性 为砂质泥岩或粉砂岩。在井田东、南部局部遭剥蚀；煤尘有爆炸 危险性，自燃等级为Ｉ级，自然倾向性为容易自燃，为低瓦斯矿 井。井田属地温正常区，井田地层压力正常，无动压现象。煤层条 煤层硬度是影响顶煤冒放性 ： 的关键因素，中硬煤层为圆 拱式冒落，椭柱体放出，顶煤垮落角６７ｏ，放出率７３．１％；硬煤为 拱桥式冒落，抛物体放出，垮落角５５ｏ，煤放出率１３．４％。１５号煤 层单轴抗压强度为９．６ ＭＰａ～１０．０ ＭＰａ，单轴抗拉强度为０．２ ＭＰａ～ ０－３ ＭＰａ，根据力学性质，本井田１５号煤层顶板属不坚固～中等坚 固的软质一硬质岩。与长沟勘探资料相比较，强度与坚固性均有 所降低，其原因主要为本井田靠近煤层风氧化带所致。顶煤完全 可以冒落下来保证较好的顶煤放出率。 １．２．３煤层夹矸层对顶煤冒放性的影响 件和开采技术条件良好，矿井比较适合于综合机械化开采。 １ 采煤方法选择及开采条件分析 １．１采煤方法选择 夹矸层厚度越大，顶板对顶煤的破坏性越小，当夹矸在Ｏ．１ 根据井田煤层条件和开采技术条件，１５号煤层厚度５．１０ ｍ～ ６．７５ ｍ，平均５．８３ ｍ，煤层厚度大、变化范围大，对大采高工艺的 适应性差，根据目前矿井生产经验１５号煤层裂隙发育，采用大 ｍ以下时，对煤顶冒放性影响不大，顶煤中夹矸单层厚度一般不 大于０．３ｍ，１５号煤层含０￣３层夹石。夹矸硬度比较小，难以形成 台阶形悬煤或大块煤堵塞放煤口，只要选择合适采放比，１５号煤 层的夹矸对顶煤开采影响不大，易采用放顶煤开采。 １．２．４煤层节理裂隙发育程度对顶煤冒放性的影响 节理裂隙发育的煤层顶煤在支架作用下易破碎，各煤层理 裂隙越发育，顶煤冒放性越好，越容易放出。１５号煤层为黑色，玻 璃光泽，质软，性脆，裂隙发育，断口参差不齐，条带状结构，因此 １５号煤层节理裂隙对顶煤冒放有利。 １．２．５顶板条件对顶煤冒放性影响 采高工艺时煤壁片帮现象较严重，影响工作安全高效生产，而且 就矿井设计生产能力而言采用大采高开采投资过大，与产能不 相适应，因此采煤方法选择放顶煤综采工艺。其优点为：第一，对 厚度变化较大的厚煤层适应性强，有利于提高资源采出率；第 二，可缓解采掘关系，降低巷道掘进率，减少工作面搬家次数和 材料消耗；第三，顶煤利用矿压回收，工作面能耗低；第四，同等 埋深和围岩条件下，对工作面液压支架支护强度和底板比压的 要求较低；第五，设备国产化，建设投资和生产成本低，维护方 便，国产放顶煤综采设备与技术较成熟。 １．２ １５号煤层放顶煤开采条件分析 １．２．１ 开采深度 影响顶煤冒放性的顶板包括煤层直接顶和老顶两部分，直 接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能随采随冒、能直接充满 采空区以防老顶冲击来压，并促使顶煤放出。１５号煤层顶板岩性 为石灰岩，本井田１５号煤层顶板属不坚固～中等坚固的软质～硬 顶煤冒放性随开采深度的增加而提高，本矿１５号煤层开采 深度１５０ Ｉｎ一２００ ｒｆｌ左右，处于顶煤冒放效果好埋深区。 １．２．２煤层厚度及煤的硬度 一质岩。与长沟勘探资料相比较，强度与坚固性均有所降低，其原 因主要为本井田靠近煤层风氧化带所致。属中等冒落顶板，因此 直接顶能够冒落，在这样顶板条件下顶煤是可以放出的。在局部 地方可能有顶板不易垮落，需要人工强制放顶。本矿井距离东山 煤矿较近，根据东山煤矿开采１５号煤层的成功经验，１５号煤层 顶板管理比较容易。 根据上述ｌ５号煤层顶煤冒放性分析，并结合矿井井型、矿 １９７ 般过厚顶煤其上部难以达到充分松动，顶煤冒放性随煤 层厚度增大而减弱，其最大临界值１２．５ １７１～１５ ｒｆｌ。１５号煤层厚度 为５．１０ ｍ￣６．７５ ｒｆｌ，平均５．８３ ｍ；放顶煤煤层厚度５ ｍ～８ ｍ为宜． 为国内放顶煤产量较高煤层最佳厚度。该矿ｌ５号煤层处于最佳 孙春伟东兴煤业１５号煤层的采区布置及装备选型 本刊Ｅ—ｍａｉｈｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ实践与创新 井目前综采放顶煤生产经验，推荐１５号煤层采用长壁综采放顶 煤一次采全高采煤法，顶板采用全部垮落法管理。 ３－３放煤步距和放煤方式 采煤工作面采煤机截深为０．８ ｎｌ，确定放煤步距为０．８ ｍ，即 一２工作面顶板管理方式及支护设备选型 ２．１工作面顶板管理方式 采一放。根据１５号煤层开采时的放煤高度和采高，本着提高 资源回收率的宗旨，暂确定工作面采用单轮顺序放煤方式，同时 放煤支架以两架为宜。矿井生产时应根据具体条件，对确定的放 煤步距和放煤方式进一步实验 ］，以确定适合本矿井的合理放 煤步距和放煤方式。 根据确定的综采放顶煤采煤方法，工作面顶板采用全部垮 落法管理。最大控顶距为４．８０ ｍ，最小控顶距为４．２０ ｍ。 ２．２工作面放顶煤支架选型 根据本矿资料及邻近煤矿实测的矿压数据，采用老顶周期 来压步距法计算液压支架工作阻力。 Ｐ （一３．６＋５．８肘＋１．４ ２＋３．６Ｌ ）・Ｆ （Ｉ） ４采区巷道布置 根据推荐的井田开拓方案，首采区布置在＋８１０ ｍ水平一采 区。＋８１０ Ｉｎ水平一采区共布置集中轨道大巷、集中胶带大巷、集 中回风大巷三条平行巷道。３条巷道除集中轨道大巷外均沿ｌ５ 式中：Ｐ为预计液压支架设计工作阻力，倮；Ｍ为煤层机采 高度，取３．０ｍ；Ｌ 为实测老顶周期来压步距，取２０ｍ；Ｌ 为控顶 距，取４．５ｍ；Ｆ为支架支护面积，取６．７５Ｉｎ：。根据式（１）可得Ｐ为 ３ ８３６．７０ ｋＮ磔。 号煤层布置，大巷间距均为３０．０ Ｉｎ，大巷两侧各留设３０．０ ｍ的保 护煤柱。 开采１５号煤层时，回采工作面轨道顺槽、胶带顺槽采用单 顺槽沿开采煤层布置。回采工作面轨道顺槽通过顺槽联络巷与 集中轨道大巷相连；胶带运输顺槽与集中胶带大巷直接连接，胶 根据上述计算的液压支架工作阻力，结合副斜井井筒断面 尺寸，综采放顶煤工作面液压支架初选ＺＦ４４００—１７／２８型低位插 板中型放顶煤液压支架，支撑高度１．７ ｎｌ～３．４ ｍ，放煤方式为摆动 尾梁及低位插板，工作阻力４ ４００ ｋＮ，支架质量１５．４ ｔ。支架自带 煤帮侧护板。 带输送机直接搭接；轨道顺槽与集中回风大巷直接连接。 一采区内回采工作面均采用前进式开采，回采工作面内采 用后退式开采。 参考文献 ３回采工作面的长度和采高 根据工作面单产能力及相应的其他掘运支配套条件，确定 以一个生产采区，一个综采放顶煤工作面，一个煤巷综掘面，一 ［１］蒋金泉，曲华谭，云亮．综放顶煤放出规律与放煤步距的离散 元仿真研究［Ｊ］岩石力学与工程学报，２００４，２３（１８）：３０７０－－３０７５． ［２］范世民，胡学军．放顶煤开采顶煤冒放性分类及其在潞安矿 区的应用［Ｊ］．煤炭学报，２００５，２０（２）：１７７—１８１． ［３］李宗翔，李钢钢，贾进章．易自燃煤层放顶煤开采工作面合 理长度分析［Ｊ］．中国矿业大学学报，２０１０，３９（３）：３４２—３４５． ［４］孟贤正，夏永军，程国强，等．放顶煤开采顶煤初次垮落动力 学分析ＥＪ］．煤炭学报，２００８，３３（８）：８４１—８４４． （责任编辑：王永胜） 个煤巷普掘工作面，保证矿井９Ｏ万妇的设计生产能力。 ３．１ 回采工作面长度的确定 根据本井田ｌ５号煤层赋存条件，结合矿井煤层开采技术、生 产管理技术水平、设计生产能力、综采设备性能、合理的回采工作 面年推进度等因素综合考虑 ，确定回采工作面长度为１４０．０ ｍ。 ３．２回采工作面采高的确定 井田内１５号煤层厚度５．１０ ｍ～６．７５ ｍ，平均５．８３ ｍ，依据１５ 号煤层厚度和选定的放顶煤液压支架架型，确定采煤机割煤高 度２．８０Ｉｎ，放顶煤高度２．３０ｍ～３．９５Ｉｎ，采放比为（１：０．８２）～（１：ｌ－４１）， 平均ｌ：１．１２。 第一作者简介：孙春伟，男，１９７９年１月生，２００４年毕业于 中国矿业大学采矿工程专业，助理工程师，山西煤炭运销集团有 限公司安全生产管理局技术中心，山西省太原市，０３０００２． Ｍｉｎｉｎｇ Ａｒｅａ Ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｔｙｐｅ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏ．１５ Ｃｏａｌ Ｓｅａｍ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ Ｄｏｎｇｘｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｉｎｇ ｎＣｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ ＳＵＮ Ｃｈｕｎ—Ｗｅｉ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｏａｌ ｓｅａｎｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｄｏｎｇｘｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ Ｎｏ．１ ５ ｃｏａｌ ｓｅａｍ’ｓ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ’ｓ ｒｏｏｆ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｐｐｏｒｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｃｏａｌ ｆａｃｅ ｌｅｎｇｔｈ，ｍｉｎｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ，ａｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ｃｏａｌ ｃａｖｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ’ｓ ｒｏｏｆ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ・ ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｔｏｐ ｃｏａｌ ｃａｖｉｎｇ；ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｌａｙｏｕｔ；Ｎｏ．１５ ｃｏａｌ ｓｅａｍ；Ｔａｉｙｕａｎ Ｄｏｎｇｘｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ １９８
