集团总工程师
正高级工程师
1 前言
2003年底同煤集团整合兼并了大同、朔州和忻州的19座地方中小煤矿，组建了晋北大型煤炭能源企业——大同煤矿集团有限公司，主要开采大同、宁武煤田侏罗纪、石炭二叠纪煤炭资源，煤田总面积6157km2，煤炭总储量为892亿t。中小煤矿资源条件复杂，普遍存在矿井基础设施简陋、生产技术落后、回收率低、安全保障程度低的状况。通过对相关矿井不同的基础条件进行全面归纳分析研究，以大幅度提高回收率，坚持机械化改造为核心，制定并实施了不同的技术提升方案，最终形成了具有高技术支撑平台的中小矿井整合、技术提升成套开采技术体系，快速的实现了中小矿井向安全高效高资源回收率的现代矿井过渡，提高了中小矿井生产能力和社会经济效益。
2 中小矿井技术特征
2.1 开采技术落后
19座地方煤矿共有137个工作面，仅有13个高档工作面，其余为“刀柱、巷采、仓房、高冒”式工作面。杏沟矿8个炮采、7个炮掘工作面年产60万t；东周窑矿5个井口出煤，年产25万t。矿井产量大于100万t/a的仅有青磁窑矿，生产能力最小的石门矿，仅为9万t/a。19座矿井设计生产能力总计990万t/a，2002年矿井实际产量仅有717万t。采区回收率平均26.6%，资源浪费严重。附技术提升前中小矿井基本情况表1。
2.2 安全保障程度低
部分矿井采用自然通风、串联通风方式，通风能力不足，通风设施不完善，风机陈旧。无安全监测监控系统，高瓦斯矿井无瓦斯抽放系统。多数矿使用非防爆设备，灾害隐患多、抗灾能力差。
技术提升前中小矿井基本情况 表1
|
地区 |
矿井 名称 |
煤田煤系 |
剩余储量 (万t) |
02年实际产量 |
采煤方法 |
采区回收率％ |
井下 运输方式 |
|
大同 |
青磁窑 |
大同侏罗纪 |
4266 |
114 |
长壁普炮采 |
36 |
SGW-40T |
|
姜家湾 |
。。 |
2950 |
93 |
长壁炮采 |
35 |
SGW-40T |
|
|
东周窑 |
。。 |
4203 |
27 |
短壁刀柱 |
29 |
畜力车 |
|
|
马口 |
。。 |
6497 |
73 |
房柱刀炮采 |
24 |
畜力车 |
|
|
杏儿沟 |
。。 |
3600 |
72 |
长壁普炮采 |
31 |
三轮车 |
|
|
南阳坡 |
大同石炭系 |
9300 |
15 |
仓房高冒式 |
15 |
畜力车 |
|
|
增子坊 |
。。 |
7800 |
0 |
仓房高冒式 |
16 |
畜力车 |
|
|
朔州 |
小峪 |
。。 |
33400 |
74 |
长壁普炮采 |
40 |
SGW-40T |
|
王坪 |
。。 |
2834 |
74 |
刀柱 |
38 |
SGW-40T |
|
|
焦煤 |
。。 |
6051 |
26 |
仓房式 |
20 |
耙斗 |
|
|
新峪 |
。。 |
1542 |
9 |
仓房式 |
21 |
三轮车 |
|
|
忻州 |
石门 |
宁武石炭系 |
137 |
9 |
仓房炮落式 |
20 |
畜力车 |
|
榆树底 |
。。 |
1321 |
0 |
仓房炮落式 |
18 |
畜力车 |
|
|
程家沟 |
。。 |
2444 |
31 |
仓房高冒式 |
16 |
畜力车 |
|
|
石湖 |
。。 |
4298 |
30 |
仓房高冒式 |
15 |
畜力车 |
|
|
刘家梁 |
。。 |
21776 |
37 |
长壁刀柱式 |
35 |
皮带 |
|
|
焦家寨 |
。。 |
4568 |
33 |
长壁刀柱式 |
32 |
皮带 |
|
|
梨园河 |
。。 |
9930 |
|
长壁刀柱式 |
32 |
皮带 |
|
|
六亩地 |
。。 |
286 |
0 |
长壁刀柱式 |
32 |
皮带 |
|
|
合计 |
|
|
127203 |
717 |
|
26.6 |
|
2.3 基础设施简陋
多数矿井采用串车提升，所有矿井均无辅助运输设施，工人劳动强度大，矿井提升能力低。52％的矿井井下使用畜力车、小三轮运输（图1）。东周窑、马口矿采用单回路供电系统，阳方口矿使用10kv农用电，存在供电隐患。
图1 落后的运输方式$Page_Split$
3 矿井综合技术提升研究
3.1 采煤方法改革
3.1.1 以技术创新实现石炭系特厚煤层综放开采
大同煤田南阳坡矿开采平均厚度14.5m的石炭系5#煤层，矿井生产能力15万t/a，原采用落后的“仓房高冒”开采方法，安全无保证，工作面回收率仅25％。通过技术论证和系统改造，首采放顶煤工作面配备了自行研制开发的ZF4600/19/30型低位放顶煤液压支架，与MG375—W型采煤机、SGZ—630/220前部运输机和SGZ—764/400后部运输机配套。工作面月产12万t，顶煤回收率70％以上，工作面回收率75%以上，百万吨死亡率为零，年生产能力由技术提升前的15万t提高到目前的120万t。工作面现场见图2。
图2 南阳坡矿综放工作面
3.1.2 研究开发“三软”煤层综采放顶煤开采技术
轩岗煤电公司开采宁武煤田,其所属矿井相对瓦斯涌出量最大15.56m3/t，属高沼气矿井。主采煤层均为厚煤层，煤层赋存条件复杂，厚度不稳定，断层多，普氏系数0.5～0.7，属典型的“三软”煤层条件。由于开采难度大、效率低，矿井处于停产状态。通过进行“三软”煤层综采放顶煤开采技术攻关，工作面选用ZF3100/16/26型液压支架，首次在焦家寨矿成功实现了“三软”煤层低位综放开采，并在梨园河、刘家梁矿进行了推广应用。使轩岗煤电公司由原来年生产能力70万t提升到400万t，资源回收率提高30％以上。
3.1.3 应用企业专有技术首创二叠系坚硬顶板条件煤层的综合机械化开采
王坪矿开采二迭系山西组4＃煤层，煤层厚度0.4—7m，平均3m。原采用刀柱仓房炮采，木柱支护，支护强度小，顶板难以有效控制，工作面月产平均5475t，工作面回收率30％，安全生产无保证。技术提升改造后，首采1814工作面长120m，走向680m，采高2.8m，设备选用ZZ4000-1.7/2.5型液压支架、MG300/690-W型采煤机和SGB-764/264刮板输送机。
由于山4＃煤层顶板为12m厚的坚硬砂岩，首次采用了坚硬顶板控制专有技术对工作面顶板进行爆破弱化，使1814工作面得以安全采出，单产和效益得到提高，工作面回收率提高50％以上，实现了二叠系山西组4＃煤层整体砂岩坚硬顶板条件下综合机械化开采。
3.1.4 其他开采方法
王坪矿应用短壁综采技术，使用MG-250/300-NWD采煤机，实现了复杂地质条件下边角煤的安全开采。
姜家湾矿的7＃煤层厚度0.9—1.4m，平均1.2m，8＃煤层厚度1.1—1.5m，平均1.3m。以前由于技术落后无法采出，资源浪费严重。通过装备两套薄煤层综采，工作面长120m，走向1200m，单面月产3.8万吨，回收率达到90％，安全水平大幅度提高。
马口矿11#—1与12#—2煤层为近距离煤层，层间距0.4—2.0m，上覆采空区赋存火区。利用企业专有技术，配置了ZZ5600/16/26综采支架，使12#—2层1170万吨煤炭资源得以采出。
3.2 资源整合与联合改造
3.2.1 王坪—小峪矿资源整合与矿井联合开采
王坪矿井田面积8.9km2，剩余可采储量2834万t，生产能力120万t/a，地面储装运系统设施配套齐全，电气化铁路直接与北同蒲铁路接轨，煤炭外运便利。小峪矿井田面积15.1km2，可采煤层有5层，下水平的5#、8#煤层尚未开采，剩余可采储量33400万t，生产能力120万t/a，煤炭外运条件较差。
通过资源整合，把王坪矿平峒进行延伸，采用一个7m直径、29m深煤仓和一条16°皮带暗斜井与小峪矿的二水平连接，形成运煤系统，另外用一条14°暗斜井连接小峪矿二水平，形成通风、运料、行人系统。小峪矿二水平产煤通过储煤仓进入王坪矿延伸平峒外运。
利用王坪矿的外运条件，结合小峪矿的开采能力优势，整合两矿煤炭资源，实施联合开采。将两矿井合为一个井田，统筹规划集约化生产，变矿界煤柱为可采资源，增加了可采储量，形成了500万t/a的生产能力。发挥各矿井地面及井下的系统能力，实现了优势互补。
3.2.2 东周窑—马口联合技术改造
两个矿井有5个出煤井口，年产量不足100万t。各井口均无独立的通风系统。将两矿的煤炭资源进行整合，对原有井筒进行优化利用，形成了年产240万吨的大型矿井。
3.2.3 协调生产布置，平衡采掘关系，保证矿井持续发展
合理进行生产部署，及早开拓新盘区、新煤层、新水平。共开拓新盘区9个，增加准备煤量12650万t，对5对矿井进行了开拓延深，增加开拓煤量4300万T。
3.3 掘进与支护技术提升
15座中小矿井技术提升前共有81个炮掘工作面，掘采混合不清，全部采用手工炮掘和三轮、畜力车运输，工作面单进水平低。技术提升共装备了16套综掘装备，24条掘进作业线，取消了54个手工炮掘工作面和全部三轮、畜力车。矿井巷道原采用木柱或木棚支护，南阳坡矿为裸体巷道，目前已推广应用了锚杆锚索联合支护技术，满足了安全生产要求。
3.4 环节能力改造
改造前矿井提升多为串车，无辅助运输，部分矿为单回路供电，或使用10kv农用电。技术改造后，具备条件的矿井全部改造为胶带化运输提升，“大倾角强力皮带”、“曲线拐弯皮带”在南阳坡、阳方口、王坪矿得到了成功应用。共安装斜井人车6部，改造矿井地面变电站8座，建立井下变电所18座，电压等级由原10kv改造为3.5—11万v，全部实现了双回路供电。矿井生产能力由2002年的930万t提高到2005年的2060万t。
矿井综合技术提升实施状况见表2。
矿井综合技术提升实施状况 表2
|
矿 别 |
剩余可采储量（万t） |
原有能力 （万t/a） |
提升后 能力（万t/a） |
原开采方式 及队组 |
提升后开采 方式及队组 |
|
|
王坪 小峪 联合 |
小 峪 |
33400 |
120 |
500 |
4炮采3高档7炮掘 |
6综采6综掘2炮采 6炮掘1掘进作业线 |
|
王 坪 |
2834 |
120 |
7炮采6炮掘 |
|||
|
东周窑 马口 联合 |
东周窑 |
4203 |
30 |
240 |
1炮采11炮掘 |
1综采3高档1炮采 1综掘4掘进作业线 3炮掘 |
|
马口 |
6497 |
60 |
6炮采14炮掘 |
|||
|
杏儿沟 |
3600 |
60 |
90 |
8炮采7炮掘 |
2高档2炮采2掘进作业线4炮掘 |
|
|
青磁窑 |
4266 |
120 |
120 |
2高档2炮采 3掘进作业线3炮掘 |
2综采3掘进作业线 1炮掘 |
|
|
姜家湾 |
2950 |
90 |
90 |
6炮采7炮掘 |
2综采1综掘4掘作业线 |
|
|
焦 煤 |
6051 |
45 |
120 |
2炮采5炮掘 |
1综放2掘作业线2炮掘 |
|
|
程家沟 |
2444 |
30 |
120 |
1滑移1炮采4炮掘 |
1综采1悬移 2掘进作业线2炮掘 |
|
|
石 湖 |
4298 |
30 |
120 |
2炮采4炮掘 |
1综采2悬移 4掘进作业线2炮掘 |
|
|
南阳坡 |
9300 |
15 |
120 |
2炮采2炮掘 |
1综放2掘进作业线 |
|
|
增子坊 |
7800 |
30 |
120 |
2炮采3炮掘 |
1综放2综掘 |
|
|
刘家梁 |
21776 |
90 |
180 |
3高档 3炮掘2开拓 |
2综放2高档2综掘 3炮掘2开拓 |
|
|
梨园河 |
9930 |
30 |
90 |
2高档 2炮掘1开拓 |
1综放2综掘 1炮掘1开拓 |
|
|
焦家寨 |
4568 |
60 |
150 |
3高档 3炮掘 |
1综放2综掘 1炮掘1开拓 |
|
|
合计 |
123917 |
930 |
2060 |
13高档43炮采 81炮掘 |
20综采7高档5炮采16综掘24掘进作业线 25炮掘 |
|
3.5 安全保障技术
针对各矿井通风系统不合理，无安全监测监控系统，矿井安全保障程度低，抗灾能力差的状况，通过配置安全监测监控系统，完善通风设施，优化通风网络，调整通风系统，降低风量漏损，在高瓦斯矿井建立抽放系统等，提高了矿井抗灾能力。现已投入安全监测监控系统12套，新建瓦斯抽放系统4套，调整了11个矿通风系统，增设专用回风巷16条，更换矿井主扇12台，改造通风巷道2万余m。
4 应用情况
该综合技术现已应用在王坪、阳方口、南阳坡、焦家寨等19对矿井，共配置了17套综采装备和13套综掘装备，取代了效率低安全差的仓房高冒式等落后的开采方法，提高了生产效率，改善了采掘现场的生产环境，使中小矿井总体生产能力由1375万t/a提高到2450万t/a，净增1075万t/a，是技术提升前的1.8倍。矿井资源回收率提高30%以上，工作面资源回收率提高50%。煤炭年产量由2003年的492.5万t提高到2004年的1670万t，净增1177.5万t。快速地实现了中小矿井向现代化、集中化、安全高效高资源回收率开采的过渡，大幅度提高了中小矿井生产能力和社会经济效益。
5 结论
5.1 在大同煤田研究成功了石炭二迭系低位放顶煤开采新技术，为石炭二迭系特厚煤层应用低位放顶煤开采技术做了开拓性的工作。
5.2 在宁武煤田研究成功了“三软”煤层低位放顶煤综放开采新技术，形成了石炭二迭系“三软”煤层高效、高回收率安全开采成套技术。
5.3 研究形成了一套具有高技术支撑平台的中小矿井资源整合和水平提升技术体系。
5.4 发挥国有大型煤炭企业技术、装备和人才优势，使中小矿井在短期内大幅度提升技术与装备水平，改善安全状况，提高生产能力和回收率，步入正规化矿井，开创了新的途径。
作者简介：
王爱国，男，1988年毕业于山西矿业学院采矿工程专业，现同煤集团技术中心从事煤矿科研工作，高级工程师。
版权所有 ? 山西晋昌盛煤炭技术交流中心 | 晋ICP备11064123
Copyright ? 2020-2021 | All Rights Resrved
版权声明 Email：mtqrzk@163.com
官方微信平台
