1、概况
厚煤层( 大于 3.5米)具有储量优势，也是实现工作面、矿井高产高效的基本条件，然而目前世界各国在厚煤层开采方面大都沿用传统的分层开采方法，没有将厚煤层的储量优势转化为产量和效益优势，为了大力发展厚煤层的储量优势，大同煤矿集团公司2002年上马一套以国产为主，关键设备引进的大采高综采设备。
大同矿区5米厚煤层储量丰富，仅大同煤矿集团公司所采区域的可采储量就达1.75亿吨，因此通过技术创新研究探索该类煤层的开采方法，进行一次采全高技术装备与配套工艺攻关，实现这一厚煤层的高产高效，高资源回收率的开采，成为大同煤矿集团公司函待解决的技术难题。
2、地质情况
2.1 盘区概括
四老沟矿14#层404盘区位于井田西北部,煤层厚3.5～8.84米,盘区采用双翼布置,走向长2400米,倾向长度1804～2334米,平均20676米,盖山厚度214～387米,平均320米。
2.2 煤层条件
据已掘14#层404盘区巷道实测见煤点及盘区21个钻孔资料分析,盘区巷东部煤层厚度3.5～8.84米,厚度变化大,煤层结构单一;西部煤层厚度3.57～5.41米,平均4.59米。14#层为暗煤、亮煤为主。原煤灰分8.79%,属低灰煤;硫分含量平均都低于1%、为0.89%;发热量6333千卡/公斤,煤种为二号弱粘煤。
2.3 地质构造
该盘区地质构造简单,地层倾角平缓,一般3～5°,盘区内共有断层4条,落差大于5米1条,落差1～2米3条,其中最大一条断层在14#层404盘区东翼,落差2.0～6.8米。本区地质大同向斜轴影响,有褶曲构造,对开采影响不大。盘区西翼有火成岩墙出露,对其两侧煤层有烘烤现象,但对煤层开采影响不大。
2.4 顶底板情况
伪顶为灰色粉砂岩,厚0.35米;直接顶以灰白色细耱岩及中粗岩为主,层厚0.79～6.8米,平均6.68米;老顶为深灰色粉耱岩互层,层厚12.8米以上;直接顶为灰褐色粉耱岩,层厚0.95～9.87米,平均2.76米。
2.5 上覆下浮采掘情况
盘区西部小窑正开采11#层,北部城区达子沟开采11#层和14#层。本盘区除2#、11#、层工采外,其余大部分煤层厚度小于0.8未采,2#层距本层间距192米,11#层距本层间距28.5米左右。
2.6 水文地质条件
地表属里河水系,本层及上覆11#层顶底板岩石中无含水层,低沼气煤层,煤层爆炸指数40%。
2.7 储量
2000年底核实确定14#层盘区工业储量2941.0万吨,可采储量1711.2万吨。404盘区工业储量1295.3万吨,可采储量753.7万吨。404东盘区工业储量1646.7万吨,可采储量957.5万吨。
3、采煤工艺
3.1 设备选型
采煤机使用德国艾柯夫生产的SL-500型双滚筒摇臂式。支架使用ZZ9900/29.5/50支撑掩护式,由北京煤机厂和郑州煤机厂生产。刮板输送机使用SGZ1000/1050型转载机使用SZZ1000/375型。皮带自移尾装置ZY2700型均由张家口煤机厂生产。皮带使用SSJ1200/3×250G由广东石龙煤机厂生产。
3.2 采煤工艺
采煤机割煤采用双向割煤法,前滚筒割顶煤,后滚筒割底煤，采高一般控制在4.8米左右,大于4.8米煤层留顶煤开采,小于4.8米见顶见底。工作面采用正循环作业方式，采煤机进刀采用在工作面头、尾割三角煤的斜切进刀方式，其工艺过程为：头、尾部斜切进刀-正常割煤-移架-移溜。
3.3 巷道布置
工作面采用双巷布置方式,巷道沿倾向布置,切眼沿走向布置。机轨合一巷 宽×高=5.0×3.5,用于出煤、进风蒹存放设备列车。轨道巷道 宽×高=4.3×3.5,用于运料、回风。切眼宽×高=8.4×4.0,一次成巷。巷道采用锚栓、锚索联合支护方式，另加金属网和护帮网，锚索长度6.3米,锚栓长度2.0米。
4、顶板管理
工作面高度增大以后，工作面的矿山压力显现规律以及对开采工艺的影响有其特殊性。
4.1 工作面来压规律观察
首采工作面8402当工作面推进20米时,古塘伪顶全部垮落,同时直接顶开始垮落,推进至30米时,工作面中部30#-86#架古塘直接顶基本垮落,结合切巷的支护情况判断直接顶初次垮落步距在22-36米,平均为25米。
当工作面推进至53-57米时工作面老顶初次来压，基本顶初次来压时来压预兆不大明显，压力显现时工作面中部较尾部明显，尾部较头部明显动载系数为：中部1.21,尾部1.16,头部1.08。来压后，中部有个别支架安全阀开启，根据老顶分级指标结合老顶初次来压步距为54.5米，判断在工作面老顶属于Ⅱ级来压明显。
工作在开采800米段过程中，进行了全面的矿压观察，从观察结果来看，本工作面周期来压始终基本顶中部来压次数多且强度大，头、尾部来压次数少且强度小，来压强度的平均为1.26,周期来压步距在15-28米之间,平均16.5米。）
4.2 采空区顶板管理
工作面开采采空区顶板管理方法为自然垮落结合人工强制放顶,初次放顶步距为28米,步距放顶为20米。
初次放顶步距参数表
|
序号 |
项目名称 |
单位 |
炮眼名称 |
|||||
|
A1 、A2 |
B1、B2 |
C1、C2 |
D1、D2 |
E1、E2 |
F1、F2 |
|||
|
1 |
炮眼长度 |
米 |
32 |
34 |
36 |
39 |
43 |
26 |
|
2 |
炮眼水平角 |
度 |
|
19 |
29 |
38 |
45 |
90 |
|
3 |
炮眼垂直角 |
度 |
28 17 |
28 16 |
25 15 |
23 14 |
21 12 |
33 17 |
|
4 |
炮眼个数 |
个 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
5 |
炮眼直径 |
mm |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
|
6 |
炸药密度 |
g/cm3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
|
7 |
每米装药量 |
Kg/m |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
|
8 |
装药长度 |
米 |
17 18 |
18 19 |
19 20 |
21 22 |
23 24 |
14 14 |
|
9 |
装药重量 |
kg |
56 60 |
60 64 |
64 68 |
70 73 |
76 80 |
46.5 |
|
10 |
充填物长度 |
米 |
10 |
10 |
10 |
15 |
15 |
12 |
|
11 |
导瀑索长度 |
米 |
68 |
72 |
76 |
82 |
90 |
56 |
|
12 |
雷管个数 |
个 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
13 |
雷管段数 |
段 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
|
14 |
炸药种类 |
|
高威力炸药 |
|||||
4.3 顶板管理技术措施
两顺槽及切巷防护措施：超前支护由原20米,增加到50米,双排单体支柱,对上方煤柱地段进行加固,架设工字钢棚或锚索带工字钢梁。
机道顶板护帮：因本工作面见顶见底，割平顶板底板，顶板破碎时实行超前移架，擦顶移架等方法，尽可能确保机道顶板完整。
工作面内特殊地段机道过渡段落的顶板管理，由于两顺槽沿底留顶，掘巷高度3.5米，工作面采高4.8米有一段高差，所以工作面顶板要以一定的角度缓慢过渡到两顺槽顶板，即从顺槽顶板起2°起坡缓慢过渡到工作面采高，头尾过渡段一定要保持坡度平缓，避免突变台阶，保证支架顶梁接顶效果。
过上层煤柱安全技术措施：上覆11#层距本层间距平均30米，上部有两条20～30米的煤柱，在开采过程中，过煤柱压力显现特别明显，片帮深度最大达到2米，安全阀80%开启，采取调斜工作面，打开二级护壁板，提高初撑力等措施。
5、经济效益评价
①由于采高增大,大大提高了现有区段煤炭开采率,以14#层404盘区
煤层厚3.5～8.84米,原设备开采3.2～3.3米,对于平均煤厚5.1米煤层,损失1.8米,厚度损失占35.3%,按此计算,盘区仅煤厚损失就达600万吨,采用于4.8米一次采全高,仅煤厚度的回收就可提高30%,并与回收可采原煤513万吨。
②根据8402工作面生产情况,因受全矿环节能力影响,大采高日产可达8000吨/日。
经济效益:设备投资回收期短,投资利润高;设备投资1.1亿元,按全
矿成本80元/吨计算吨煤销价110元,全年效益200×30=6000万元,投资利润率6000/11000=54.5%。工效:81吨/（工、天）。
6、结论
实践表明,大采高一次采全高工作面取得了较好的技术经济效果,一般情况下,其主要的技术经济指标要优于分层综采工作面,大采高综采工作面的单产要比同一煤层条件下的分层综采工作面提高2.6～4倍,而开采工效则要高16倍,坚硬顶板条件下的一次采全高,已在技术经济上体现出明显的优越性和发展潜力,并为降低掘进率、缓和采掘关系、简化生产环节和安全生产提供了条件。因此,在大同矿区“两硬”条件下进行采高5米的开采具有示范和推广意义。
作者简介:
尹达君 (1964～ ) 男,大学文化程度， 高级工程师, 现任四老沟矿总工程师。
大同坚硬顶板条件下
—5米一次采全高工艺
尹达君
同煤集团四老沟矿
200７年 ４ 月
