皮里青矿井厚煤层采煤工艺的选择与应用

[摘 要]我国厚煤层的储量约占全部煤炭储量的44%左右，目前厚煤层开采已是我国实现安全高效开采的主力技术。本文结合皮里青矿井井田内实际地质条件，提出了适合本矿厚煤层的采煤工艺，对保证矿井产能，提高煤层回采率意义重大。

[关键词]厚煤层；采煤工艺；综采放顶煤

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0201-01

一、工程概况

皮里青矿井位于伊宁县城西北10km的低山丘陵区，矿井为新建矿井，设计生产能力为3.0Mt/a。该矿煤层编号自下而上依次为C1～C10，共计10层，其中C3～C6为中部巨厚煤层组合尤其是C3、C4两煤层全井田巨厚，是全井田煤层的标志层。C3和C4煤层煤层平均厚度9.93～15.25m，最大厚度达24.9m。两煤层间距2.47～12.95m，平均8.51m。顶板以粗砂岩为主，局部为泥岩、砂砾岩、粉砂岩、粉砂质泥岩。

二、厚煤层采煤工艺的选择

厚煤层开采工艺大体为三种，即分层开采、大采高一次采全高、放顶煤开采。任何一种采煤方法都有其适用的范围，根据我国煤层地质赋存条件各异的情况，对于厚煤层的三种开采方法，在应用前均应该认真地进行比较分析，这是开采设计中不可缺少的一个重要环节。

2.1 大采高一次采全高（最大采高6.3m）

本矿井设计生产能力为3.0Mt/a，大采高一次采全高采煤工艺适用于地质构造简单，煤质较硬，煤层赋存稳定，煤层厚度3.5～6.0m，倾角一般小于10°，顶底板稳定或较稳定的厚煤层。而本矿井C3和C4煤层平均可采厚度均在9.0m以上，且煤层含夹矸，煤层顶、底板多为泥岩、泥质粉砂岩，强度较低。其次大采高配套的重型设备尺寸、重量及设备价格均较一般综采工作面高；此外，在采高增大后开采工艺工程中防治煤壁片帮，设备防倒和处理冒顶都有一定难度，对管理水平要求也高。因此不考虑大采高一次采全高工艺。

2.2 分层综采

本矿井C3、C4煤层顶板岩石以泥岩为主，粉砂质泥岩、泥质粉砂岩次之。具有形成再生顶板的条件。C3煤层：F9断层上盘平均可采厚度9.42m；F9断层下盘平均可采厚度11.10m。F9断层上盘回采时，工作面开切眼高度4.0m，需要分2层进行开采。C4煤层：F9断层上盘平均可采厚度15.93m；F9断层下盘平均可采厚度13.33m。F9断层上盘回采时，工作面开切眼高度4.0m，需要分3层进行开采。因此不考虑分层综采工艺。

2.3 放顶煤综采

综采放顶煤开采需适用如下条件：（1）顶煤的冒放性好或较好，这与煤层的赋存条件、煤及其顶板的物理力学性质、层理发育状况及夹矸层特性等多种因素有关；（2）缓倾斜煤层6～12m为宜，煤层首采厚度不超过15m；（3）煤层结构：顶煤中夹矸单层厚度一般不大于300mm，其强度不影响顶煤冒落。

①煤层厚度分析

本矿井开采的C3和C4煤层煤层平均厚度9.93～15.25m，最大厚度达24.9m。适合放顶煤工艺，回采率高。

②煤层冒放性分析

影响顶煤冒放的自然因素主要有：煤层开采深度、煤层厚度、煤层结构、夹矸层数及硬度和厚度、煤层顶板岩性及其厚度、老顶岩性及其厚度和岩、煤体发育程度、煤岩层交界面地质结构程度等。

⑴煤层强度对顶煤冒放性的影响分析

煤层强度是煤层本身抗破坏能力的主要指标，影响着顶煤在压力作用下破坏的过程和程度，与顶煤跨落角有密切的关系，即煤层强度越大，顶煤跨落角就越小，顶煤冒放性就越差，反之则较好。根据地质资料，本井田煤层属较软煤层，因此预计本矿井顶煤将会顺利破坏而冒落。

⑵煤层赋存深度对顶煤冒放性的影响分析

本矿井煤层适宜放顶煤的煤层开采区域位于井田深部，距离地表的埋深约为350～400m，埋藏较深，具有较好的冒放性。

⑶顶煤节理、裂隙对顶煤冒放性的影响分析

节理、裂隙发育的煤层完整性较差，顶煤在支撑压力的作用下，易于破坏破碎，裂隙越密集，顶煤冒放性越好。本矿井各煤层顶底板岩石主要结构体形式为薄层状、碎块状，层理、节理等结构面较发育，有利于顶煤的冒放。

⑷煤层夹矸对顶煤冒放性的影响分析

根据勘探钻孔资料，井田内适合采用放顶煤开采的煤层有C4和C3煤层，C4煤层平均厚度15.93m，含有1～4层厚0.10～3.59m的粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、高炭泥岩，C3煤层平均厚度9.42m，含有1～2层厚0.10～5.75m的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、高炭泥岩。通过对勘探报告提供的C4、C3煤层底板等高线及储量计算图中钻孔煤层小柱状煤层结构的分析，夹矸在F9断层上、下盘处较厚，厚度在2m左右，影响范围在断层上、下盘倾斜300m范围内。其余区域夹矸厚度多在0.5m以下，除去断层保护煤柱后夹矸对盘区内靠近断层的工作面影响较大，在开采此处工作面时需要对煤层夹矸进行研究，确定合理的煤层开采厚度，降低夹矸对煤层开采的影响。综上所述，总体上夹矸对井田适宜采用放顶煤开采的煤层影响不大。

⑸顶板条件对顶煤冒放性的影响分析

本矿井主要可采煤层顶底板岩石以泥岩为主，粉砂质泥岩、泥质粉砂岩次之。各煤层的顶底板岩石饱和状态下抗压强度及其它力学指标均较差，各煤层顶底板岩石主要结构体形式为薄层状、碎块状，层理、节理等结构面较发育，泥质含量高，岩石内部聚合力较小，层间结合力较弱，各煤层的顶底板岩石稳固性属差-坏的类别，开采时随采随冒，有利于顶煤的冒放和回收。

③采放高度对顶煤冒放的影响分析

采放比影响着顶煤冒落充分松散与否的空间条件，实践证明采放比在1：1左右时有利于顶煤的冒放和回收率的提高。C3煤层：F9断层上盘平均可采厚度9.42m；F9断层下盘平均可采厚度11.10m。F9断层上盘回采时，工作面开切眼高度3.0m，放顶煤高度平均6.42m，采放比为1：2.1。C4煤层：F9断层上盘平均可采厚度15.93m；F9断层下盘平均可采厚度13.33m。根据C4煤层底板等高线和资源量估算图分析，一盘区东翼及二盘区煤层厚度9.51～15.94m，平均约13.1，小于16m，5-5勘探线以西（一盘区西翼）煤层倾角较大，煤层厚度增厚，一般在17.33～23.37m，平均21.25m，煤层厚度大于16m。因此C4煤层在一盘区东翼及二盘区开采范围内可以采用一次采全高放顶煤开采工艺，工作面开邦高度4.0m，放顶煤高度11.94m，采放比为1：3。在5-5勘探线以西的一盘区西部范围内（后期开采）煤层可分为2个分层开采，上分层平均厚度约11.5m，工作面开帮高度3.0m，放顶煤高度8.5m，采放比为1：2.8；下分层平均厚度约为11.8m，工作面开邦高度3.0m，放顶煤高度8.8m，采放比为1：2.9。

通过分析，矿区内生产矿井采用放顶煤开采方法取得了较好的效果，通过对周边矿井的类比，本矿井所开采厚煤层冒放性较好。

三、结束语

经过比较，分层采煤工艺具有井巷工程量大、工艺复杂、工作面推进速度慢，下分层顶板及巷道维护困难、巷道掘进率高、生产组织管理复杂、成本高等缺点。而本矿井煤层及顶底板比较软，裂隙比较发育，为了少丢煤和更安全可靠、高产高效地生产，推荐采用综采放顶煤采煤工艺，其中C3煤层采用综采一次采全高放顶煤采煤工艺，C4煤层根据煤层厚度分区域确定选用综采一次采全高放顶煤（煤层厚度小于16m）和综采分层放顶煤采煤工艺（煤层厚度大于16m）。

作者简介

张剑军（1989），男，本科，新疆乌鲁木齐市，助理工程师，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事采矿设计等方面的工作。