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摘要：近年来，很多矿井都在为为建设采、掘、运等环节机械化程度高的大型矿井而努力。煤矿的生产过程基本是一样的，而不同矿山的具体条件下，所用的采煤工艺是不同的。本文根据六号矿井的工程实际及后续发展规模，提出了可行的开采工艺，以便类似矿井借鉴。
关键词：采煤工艺；综采放顶煤；冒放性
中图分类号：J5文献标识码： A
一、矿井概况
新疆准东大井矿区六号矿井位于奇台县城北140km处，隶属于华能新疆能源开发有限公司，矿井设计生产能力为10.0Mt/a。本井田煤系地层总体呈北部向东西两侧倾伏、北部向南倾伏的宽缓单斜形态，西山窑组是本矿井主要含煤岩组，共含可采～局部可采煤层3层。初期开采上部的B2煤层，该煤层全层厚1.71m～27.05m，平均厚19.57m。B2煤层顶板以泥岩为主、含砾粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、含炭泥岩次之，底板以泥岩、炭质泥岩、高炭泥岩为主，粉砂岩、含炭泥岩、粉砂质泥岩、含砾粗砂岩次之。根据地质勘探报告提供资料，煤层易自燃，煤尘具有爆炸性，西山窑组各主要煤层瓦斯含量较低，属低瓦斯矿井。
二、采煤方法与采煤工艺的选择
1、采煤方法的选择
根据采煤方法的选择原则和国内外目前厚煤层采煤技术的现状及发展趋势，结合本井田的大巷布置形式和首采区煤层赋存条件，本矿井设计采用条带长壁垮落采煤法，全部垮落法管理顶板。
2、采煤工艺的选择
根据初期盘区开采技术条件，参照国内外厚煤层的开采和高产高效生产经验，从煤层厚度情况看，适合本井田的采煤方法有分层大采高综合机械化开采和综采放顶煤采煤法，现对以上两种方法作如下比较。
2.1 分层大采高综采
自1970年代在开滦矿务局唐山矿试验成功厚煤层倾斜分层下行垮落金属网假顶综合机械化采煤法以后，分层开采的综合机械化采煤工艺在大中型矿井得到普遍采用，积累了较丰富的开采经验。
根据下分层顶板形成条件不同，分层综采又分为人工假顶分层综采、留煤皮假顶分层和利用再生顶板分层综采。人工假顶分层综采的主要优点是煤炭回收率高，主要缺点是铺设假顶工作量大、用人多、工艺复杂、推进速度慢，由于下分层顶板为柔性金属或塑料隔离体，回采过程中易发生兜网、漏矸等问题，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。留煤皮作假顶的分层综采，虽然推进速度比铺网分层综采快，但煤炭回收率低，煤层自然发火的几率高，一般不太采用。利用再生顶板分层综采，工艺比较简单，工序少，成本低、煤炭资源回收率高，因此有条件形成再生顶板的矿井应尽量利用再生顶板分层综采，本矿井B2煤层顶板以泥岩为主，含砾粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、含炭泥岩次之，具有形成再生顶板的条件。但总体来讲，分层大采高综采对地质构造特别是断层的适应性差，煤层厚度变化时容易丢煤；目前使用国产设备的工作面单产较低，一般在2.0Mt/a以下，效率、效益均较低，不易实现安全高效生产。本矿井B3煤层厚度较大，平均煤厚19.31m，若分层大采高开采需要分4～5层，巷道布置和生产管理均不便。
大采高工作面采高较大，对开采条件要求高，容易产生片帮、冒顶等事故，主要适用于煤层坚硬、顶板完好、地压显现不强烈，无断层、陷落柱的地质条件。根据新疆维吾尔自治区煤田地质局综合试验室提供的岩石检验报告，井田内煤层在天然状态下单轴抗压强度为5.03～6.63MPa，为软弱煤层，采用大采高综采时，极易产生片帮等事故。
综上所述，本设计不推荐分层大采高综采。
2.2 分层放顶煤综采
近几年来，随着综采放顶煤设备的日趋完善和技术的不断进步，综采放顶煤采煤法以其适应性强、安全、低耗、高产、高效等特点越来越成为厚煤层(特别是厚度变异系数大的厚煤层)首选采煤方法，并已开始向三软、夹矸、硬煤等条件下的矿井进行延伸研究。但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、煤及其顶板的力学性质、层理发育状况及夹矸层特性等多种因素有关；（2）緩倾斜煤层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。
2.2.1、煤层厚度分析
井田首采区范围内B2煤层厚度6.47m～25.73 m，平均厚19.78 m，适合放顶煤工艺，回采率高。
2.2.2、煤层冒放性分析
（1）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，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。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。
（2）煤层赋存深度对顶煤冒放性的影响分析
理论研究表明，在不考虑构造应力场的情况下，顶煤发生破坏的临界赋存深度与煤层的单向抗压强度密切关系，即煤层的单向抗压强度一定时，煤层埋深大于临界值越多，顶煤冒放效果越好。矿井初期盘区煤层埋深基本在300～500m以下，从开采深度上分析，本矿井煤层都处于可冒放范围。
（3）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。本矿井煤层垂直裂隙较发育，有利于顶煤的冒放。
（4）煤层夹矸对顶煤冒放性的影响分析
煤层夹矸对顶煤的冒放性影响比较复杂，其影响程度与夹矸的硬度、厚度、层数及赋存位置有关。根据勘探钻孔资料，初期盘区B2煤层结构简单-复杂，在钻孔58个见煤点中10点无夹矸，25点含1～2层夹矸，16点含3～4层夹矸，7点含5～6层夹矸，含矸率为6.5%，夹矸一般为粉砂岩、泥岩、含炭泥岩夹矸，强度较低。因此煤层夹矸对放顶煤冒放性影响不大。
（5）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板以泥岩为主，含砾粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、含炭泥岩次之。岩石内部聚合力小，层间结合力差，易沿软弱面层间滑动。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，顶底板岩石稳固性属差－坏的类别，开采时随采随冒，并充填采空区，有利于顶煤的冒放和回收。
通过初步分析，本矿井开采煤层具有较好的冒放性。
2.3 两种方案比较
放顶煤综采工艺与分层大采高综采工艺相比，具有下列优点：
①对于煤层厚度变化大以及过小断层有较强的适应性；②生产集中化程度高，所需设备的数量较大采高分层开采成倍减少，设备成本及维修费用显著降低；③由于放顶煤开采工作面的一次开采厚度大，从而大大减少了工作面设备安装、拆卸与搬家的次数，缩短了工作面的非生产时间，工人的作业环境条件相对稳定，有利于安全生产和稳产高产，采煤高度小，煤体软时煤壁片帮几率小；④综采放顶煤开采，回采巷道掘进量小，掘进费用低，缓和了采掘接续关系；⑤回采工艺简单，材料消耗量省。顶煤靠自重压力破落，节省了电耗；⑥避免了多次采动煤层形成裂隙而漏风，对防止煤层自燃极为有利；⑦生产人员少，工效高，成本大大降低；⑧提高了煤炭的块煤率，提高了煤炭的售价。
综采放顶煤采煤工艺与倾斜分层综采采煤工艺相比有下列缺点：
①工作面回采率稍低，一般只有80%～85%；②顶板矸石容易混入煤中，增加了煤的含矸率，影响了煤的质量。
三、结束语
综上所述，本设计认为分层大采高采煤方法具有井巷工程量大、工艺复杂、工作推进速度慢，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，本设计推荐采用综采放顶煤采煤方法。对于下部的平均厚度2.14m的B21煤层，平均厚度1.47m的B11煤层，可采用综采机械化一次采全高采煤工艺。
作者简介：何辉平（1975），男，本科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，工程师，现就职于新疆煤矿安全监察局北疆监察分局，主要从事采矿、安全生产管理、监测监控等方面的工作。
关键词：采煤工艺；综采放顶煤；冒放性
中图分类号：J5文献标识码： A
一、矿井概况
新疆准东大井矿区六号矿井位于奇台县城北140km处，隶属于华能新疆能源开发有限公司，矿井设计生产能力为10.0Mt/a。本井田煤系地层总体呈北部向东西两侧倾伏、北部向南倾伏的宽缓单斜形态，西山窑组是本矿井主要含煤岩组，共含可采～局部可采煤层3层。初期开采上部的B2煤层，该煤层全层厚1.71m～27.05m，平均厚19.57m。B2煤层顶板以泥岩为主、含砾粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、含炭泥岩次之，底板以泥岩、炭质泥岩、高炭泥岩为主，粉砂岩、含炭泥岩、粉砂质泥岩、含砾粗砂岩次之。根据地质勘探报告提供资料，煤层易自燃，煤尘具有爆炸性，西山窑组各主要煤层瓦斯含量较低，属低瓦斯矿井。
二、采煤方法与采煤工艺的选择
1、采煤方法的选择
根据采煤方法的选择原则和国内外目前厚煤层采煤技术的现状及发展趋势，结合本井田的大巷布置形式和首采区煤层赋存条件，本矿井设计采用条带长壁垮落采煤法，全部垮落法管理顶板。
2、采煤工艺的选择
根据初期盘区开采技术条件，参照国内外厚煤层的开采和高产高效生产经验，从煤层厚度情况看，适合本井田的采煤方法有分层大采高综合机械化开采和综采放顶煤采煤法，现对以上两种方法作如下比较。
2.1 分层大采高综采
自1970年代在开滦矿务局唐山矿试验成功厚煤层倾斜分层下行垮落金属网假顶综合机械化采煤法以后，分层开采的综合机械化采煤工艺在大中型矿井得到普遍采用，积累了较丰富的开采经验。
根据下分层顶板形成条件不同，分层综采又分为人工假顶分层综采、留煤皮假顶分层和利用再生顶板分层综采。人工假顶分层综采的主要优点是煤炭回收率高，主要缺点是铺设假顶工作量大、用人多、工艺复杂、推进速度慢，由于下分层顶板为柔性金属或塑料隔离体，回采过程中易发生兜网、漏矸等问题，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。留煤皮作假顶的分层综采，虽然推进速度比铺网分层综采快，但煤炭回收率低，煤层自然发火的几率高，一般不太采用。利用再生顶板分层综采，工艺比较简单，工序少，成本低、煤炭资源回收率高，因此有条件形成再生顶板的矿井应尽量利用再生顶板分层综采，本矿井B2煤层顶板以泥岩为主，含砾粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、含炭泥岩次之，具有形成再生顶板的条件。但总体来讲，分层大采高综采对地质构造特别是断层的适应性差，煤层厚度变化时容易丢煤；目前使用国产设备的工作面单产较低，一般在2.0Mt/a以下，效率、效益均较低，不易实现安全高效生产。本矿井B3煤层厚度较大，平均煤厚19.31m，若分层大采高开采需要分4～5层，巷道布置和生产管理均不便。
大采高工作面采高较大，对开采条件要求高，容易产生片帮、冒顶等事故，主要适用于煤层坚硬、顶板完好、地压显现不强烈，无断层、陷落柱的地质条件。根据新疆维吾尔自治区煤田地质局综合试验室提供的岩石检验报告，井田内煤层在天然状态下单轴抗压强度为5.03～6.63MPa，为软弱煤层，采用大采高综采时，极易产生片帮等事故。
综上所述，本设计不推荐分层大采高综采。
2.2 分层放顶煤综采
近几年来，随着综采放顶煤设备的日趋完善和技术的不断进步，综采放顶煤采煤法以其适应性强、安全、低耗、高产、高效等特点越来越成为厚煤层(特别是厚度变异系数大的厚煤层)首选采煤方法，并已开始向三软、夹矸、硬煤等条件下的矿井进行延伸研究。但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、煤及其顶板的力学性质、层理发育状况及夹矸层特性等多种因素有关；（2）緩倾斜煤层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。
2.2.1、煤层厚度分析
井田首采区范围内B2煤层厚度6.47m～25.73 m，平均厚19.78 m，适合放顶煤工艺，回采率高。
2.2.2、煤层冒放性分析
（1）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，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。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。
（2）煤层赋存深度对顶煤冒放性的影响分析
理论研究表明，在不考虑构造应力场的情况下，顶煤发生破坏的临界赋存深度与煤层的单向抗压强度密切关系，即煤层的单向抗压强度一定时，煤层埋深大于临界值越多，顶煤冒放效果越好。矿井初期盘区煤层埋深基本在300～500m以下，从开采深度上分析，本矿井煤层都处于可冒放范围。
（3）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。本矿井煤层垂直裂隙较发育，有利于顶煤的冒放。
（4）煤层夹矸对顶煤冒放性的影响分析
煤层夹矸对顶煤的冒放性影响比较复杂，其影响程度与夹矸的硬度、厚度、层数及赋存位置有关。根据勘探钻孔资料，初期盘区B2煤层结构简单-复杂，在钻孔58个见煤点中10点无夹矸，25点含1～2层夹矸，16点含3～4层夹矸，7点含5～6层夹矸，含矸率为6.5%，夹矸一般为粉砂岩、泥岩、含炭泥岩夹矸，强度较低。因此煤层夹矸对放顶煤冒放性影响不大。
（5）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板以泥岩为主，含砾粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、含炭泥岩次之。岩石内部聚合力小，层间结合力差，易沿软弱面层间滑动。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，顶底板岩石稳固性属差－坏的类别，开采时随采随冒，并充填采空区，有利于顶煤的冒放和回收。
通过初步分析，本矿井开采煤层具有较好的冒放性。
2.3 两种方案比较
放顶煤综采工艺与分层大采高综采工艺相比，具有下列优点：
①对于煤层厚度变化大以及过小断层有较强的适应性；②生产集中化程度高，所需设备的数量较大采高分层开采成倍减少，设备成本及维修费用显著降低；③由于放顶煤开采工作面的一次开采厚度大，从而大大减少了工作面设备安装、拆卸与搬家的次数，缩短了工作面的非生产时间，工人的作业环境条件相对稳定，有利于安全生产和稳产高产，采煤高度小，煤体软时煤壁片帮几率小；④综采放顶煤开采，回采巷道掘进量小，掘进费用低，缓和了采掘接续关系；⑤回采工艺简单，材料消耗量省。顶煤靠自重压力破落，节省了电耗；⑥避免了多次采动煤层形成裂隙而漏风，对防止煤层自燃极为有利；⑦生产人员少，工效高，成本大大降低；⑧提高了煤炭的块煤率，提高了煤炭的售价。
综采放顶煤采煤工艺与倾斜分层综采采煤工艺相比有下列缺点：
①工作面回采率稍低，一般只有80%～85%；②顶板矸石容易混入煤中，增加了煤的含矸率，影响了煤的质量。
三、结束语
综上所述，本设计认为分层大采高采煤方法具有井巷工程量大、工艺复杂、工作推进速度慢，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，本设计推荐采用综采放顶煤采煤方法。对于下部的平均厚度2.14m的B21煤层，平均厚度1.47m的B11煤层，可采用综采机械化一次采全高采煤工艺。
作者简介：何辉平（1975），男，本科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，工程师，现就职于新疆煤矿安全监察局北疆监察分局，主要从事采矿、安全生产管理、监测监控等方面的工作。