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特厚煤层采煤工艺选择初探

特厚煤层采煤工艺选择初探

摘要:以特厚煤层采煤方法的选择为对象开展分析探究,对综放开采和大采高分层开采2种采煤工艺在A矿2#特厚煤层回采中的适用性做出比对分析,从而确定了最佳的采煤工艺,希望能够为其他矿井相似工艺的开展提供借鉴和参考。

关键词:矿井;特厚煤层;采煤方法

A矿为西北大型国有矿井,矿井首采2#煤层,煤层厚度均值11.2m,属于典型的特厚煤层。结合其赋存条件,可选用的回采工艺为综放开采和分层大采高回采2种。

1煤层情况概述

A矿2#煤层埋深介于210~520m,煤层整体构造简单,倾角不超过1°,可采厚度介于7.2~13.3m,均值11.2m,局部含有一层厚度0.1~0.8m的夹矸。煤层上部顶板以粉砂岩和细粒砂岩为主,底板以粉砂岩、砂质泥岩为主。

2采煤工艺选择分析

2.1综放开采适用性

对于特厚煤层而言,综放开采工艺的优势是在保证回采作业安全高效进行的同时,降低巷道掘进率,减少材料消耗量,改善巷道维护条件,减少作业面搬家倒面次数与相应费用消耗,降低生产成本,对复杂构造下煤厚变化显著的煤层具备良好的适用性[1-2]。其不足是作业条件差,回采面粉尘浓度高,放顶易导致夹矸混入,煤炭回收率低,顶煤的冒放性对放顶效果的影响过于显著等。在此,结合A矿的实际情况,对2#煤层回采使用综放开采的适用性进行分析。

2.1.1煤层厚度

结合国内放顶煤施工实践经验,放顶回采作业的临界采高为4~15m,而2#煤层厚度均值为11.2m。按照放顶回采临界采高,其采放比小于1∶3,属于适宜放顶回采的范围。

2.1.2冒放性

影响顶煤冒放的关键因素包括煤层强度、节理和裂隙等,而A矿2#煤层强度介于11.2~17MPa之间,内部裂隙不发育,顶煤冒放性一般。同时,2#煤层埋深较大,覆岩自重较大,对于顶煤的预先破坏有一定优势。从开采深度上进行分析,2#煤层均处于冒放范围内,但其结构简单,内部基本没有夹矸,不会对放顶作业造成负面影响。

2.1.3顶板岩性与厚度

2#煤层顶板覆岩多为硬度较大的粉砂岩,节理裂隙不发育,稳定性较好,在顶板垮落时容易构成关键层,从而使得覆岩重力无法有效传递至顶煤,对顶煤冒放有一定的干扰[3]。

2.1.4水文地质状况

A矿开采范围内主要为裂隙潜水和裂隙承压水,2#煤层导水裂隙带最大高度为76m,煤层与覆岩含水层间的岩层厚度最小不低于120m,综放回采中产生的导水裂隙带不会沟通含水层,不会威胁生产安全。

2.1.5其他回采因素

2#煤层属于典型的易自燃煤层,只需在回采中采取针对性的防治措施,便可对自然发火现象予以有效控制,避免其对正常的综放作业造成影响。此外,煤层瓦斯含量经测算相对较低,对综放回采安全影响有限。综合上述分析可知,A矿2#煤层具备进行综放回采的条件,但其冒放性综合指数为0.7,属于冒放性一般的煤层。这表明,需在回采过程中采取一定的举措,以保证放顶煤回采效果最佳。

2.2大采高分层开采适用性

大采高分层开采工艺一直是众多高产作业面常用的采煤工艺,其适用于厚度3~7m、顶板稳定、赋存条件良好的煤层。采用这种工艺的优点是[4-5]:a)回采作业时单产高且产量稳定;b)能够简化巷道,减小巷道掘进率与巷道维护量;c)相较于综放工艺,工序简单,管理边界、产品矸石含量低且回采率较高;d)设备数量较少,工序简洁,管理方便;e)作业面过风断面较大,便于稀释有害气体和粉尘。现阶段,中国大采高回采高度普遍低于6m,结合A矿煤层状况,采用大采高回采工艺需分2层进行,其分层回采中存在以下问题:a)分层开采作业面布设复杂度大幅提升,生产管理难度显著提高,回采收益减少。b)增加分层假顶等特殊工艺,不仅作业量增加,作业复杂程度会提高,还会导致推进速度减慢,巷道掘进维护难度增加。c)上分层回采中会引发应力集中现象,使得下分层回采时的巷道布设必须规避高应力区,也就是需要采取巷道内错、外错或平移的布设方式。为降低顶板维护难度,还需在顶板预留一定厚度的煤皮,这又会在一定程度上提高采出率。图1为分层开采平面布设示意图。以A矿2#煤层首采区为例,如果采用分层开采工艺进行下分层回采,单个作业面需增加煤柱损失8.0×105t,预留假顶会损失煤炭1.41×106t,合计损失可达到2.21×106t,整个下分层布设回采面14个,共计损失煤炭近3.0×107t。d)在相同的煤层赋存条件下,进行分层开采会使得自然发火的可能性增大,尤其对于2#煤层而言,即使上分层回采中未发生煤层自燃现象,但势必会使得顶板岩层结构被损害,从而构成不规则“三带”,导致采空区漏风。这些均会大幅提升下分层回采自然发火的可能性。e)2#煤层厚度变化起伏较大,进行分层开采无法很好地适应厚度变化,会使得回采率降低。

3综合对比分析

如果选用大采高分层开采工艺,下分层回采中不可避免地会出现煤柱和煤皮留设损失,并会在一定程度上对巷道维护造成负面影响;如果选用综放开采工艺,不仅能够实现2#煤层的一次性回采,还能够显著优化生产规模,增加产量,并大幅简化生产系统,便捷日常管理,降低生产成本投入。虽然坚硬的顶板会在一定程度上影响冒放效果,但采取针对性的人工预裂措施可以有效规避相关问题.

4结语

采煤工艺的正确选择不仅能够提升回采作业效率,增加收益,还能够降低回采作业管理操作难度,提高回采作业安全。因此,在生产实际中,矿井管理者应当进行针对性的总结分析,结合实际地质状况选择最佳的采煤工艺,实现采煤作业综合效益的最大化。

参考文献:

[1]孙东飞.彬长矿区多重灾害条件下工作面采煤方法及工艺参数研究[J].煤炭工程,2019(4):1-5.

[2]郑建平.复杂厚煤层回采工作面采煤方法研究[J].煤矿开采,2018,23(3):25-29.

[3]李建强.大倾角厚煤层综放开采综合技术探析[J].能源与节能,2018(5):139-140.

[4]拓龙龙,吴震,张宏波.特厚煤层大采高综放工作面成套装备与技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2017(21):36-37.

[5]侯建国.厚煤层采煤方法的选择与实例分析[J].机械管理开发,2017,32(9):102-103.

作者:曹胜飞 单位:同煤集团挖金湾煤业公司

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