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[摘 要]适宜的采煤工艺是是建设现代化高产高效矿井的核心，本文根据察哈素煤矿矿井开拓部署和对3-1煤层地质资料的分析，对其3-1煤层采煤工艺进行了选择与比较，对实现高产高效矿井意义重大。
[关键词]采煤工艺；综采；厚煤层
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0034-01
一、工程概况
察哈素矿井位于东胜煤田新街矿区，矿井设计能力1000万t/a，采用主斜、副立混合开拓，井口位置位于井田中部。本井田褶曲宽缓，跨度大，幅度小。煤层倾角一般在1～3°之间。根据井口位置和井下开拓巷道布置，矿井首采区选择31和21采区。其中，31采区主采3-1煤层，3-1煤层全区可采，煤层纯厚度2.05～7.15m，平均为5.25m；煤层倾角平缓，一般1°；煤层结构较简单，在煤层最下部夹有1-2层夹矸，夹矸岩性为泥岩、砂质泥岩。顶板岩性为砂质泥岩、泥岩，局部为细～中粒砂岩，稳定性较差，易坍塌冒落；直接底主要为泥岩和砂质泥岩，属坚硬性较差底板。矿井为低瓦斯矿井，各煤层煤尘具有爆炸危险性，各煤层自燃到易自燃。水文地质条件简单，矿井开采直接含水层为Ⅱ含和Ⅲ含。
二、采煤方法及采煤工艺的选择
1、采煤方法选择
本矿井开采的为近水平薄、中厚及厚煤层，结合矿井开拓布置，不同采区的工作面采用走向（或倾向）长壁式采煤法，后退式回采，全部冒落法管理顶板。
2、3-1煤层采煤工艺选择
根据矿井开拓部署和对3-1煤层地质资料分析，3-1煤层可选用的采煤工艺有大采高综采一次采全高，分层综采和综采放顶煤三个方案。
2.1、大采高综采
大采高综采采煤工艺是国外高产工作面采用的主要方法。我国从1978年起，开始试验厚煤层大采高一次采全厚开采方法，至今已取得了长足进步。但由于我国的综采设备制造技术尚不完备，使国产设备大采高技术未能在我国广泛推行。
大采高综采采煤工艺适应于煤层厚度3.5～6.1m，煤层较硬，顶底板较稳定的煤层，神东矿区各矿井，在煤层倾角5°以下、硬度f=2～3、顶板较稳定、无瓦斯危害、采高5.0m左右的条件下，采用引进大采高综采设备的所有采面单产近几年来基本达到年产800万t/a以上、有的已突破1000万t/a，实现了国内工效最高、吨煤成本最低的成果，极大地提高了其煤炭市场竞争能力。
本矿井3-1煤层全区适合采用大采高综采工艺，南井田平均煤厚5.83m，含夹矸后平均6.07m。至于个别区段平均煤厚高达6.34m，目前国内外的大采高设备最大采高一般在6.1m，对于大于6.1m厚的范围，不能一次采全高造成一定量资源无法回收，但本矿井条件下大采高综采工作面回采率远远高于综放工作面的回采率。
2.2、分层综采
分层综采是指采高小于3.5m的传统意义上的分层综采，是将厚煤层分成若干层，顶分层要为下分层铺设人工假顶（大剥皮再生顶板）的一种采煤方法，适用于煤层顶板中等冒落，直接顶具有一定厚度的缓倾斜及倾斜厚煤层。
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和留煤皮假顶分层综采。人工假顶分层综采的主要优点是煤炭回收率高，厚煤层回采率可达95%以上；主要缺点是铺设假顶工作量大、工艺复杂、效率低、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；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，煤层自然发火的机率高。
我国自1974年在开滦矿务局唐山矿试验成功缓倾斜厚煤层下行垮落金属假顶综合机械化采煤以后，经过二十年的努力，人工假顶分层开采的综合机械化采煤工艺又有了进一步的发展。进入九十年代后，很多矿井陆续根据自身的地质条件和技术经济条件因地制宜地将人工假顶分层综采改为放顶煤综采，提高了工作面单产水平，创造了良好的经济效益和社会效益。因此，一般认为在有条件采用放顶煤综采或大采高综采的条件下，尽量采用放顶煤综采或一次采全高大采高综采。
综上所述，本区若采用人工假顶分层综采，工艺复杂，每分层均需布置回采巷道，巷道掘进率高，材料消耗量大，增产潜力不大；采用留煤皮作假顶分层综采可以提高产量，但需丢掉1～2m左右的煤，煤炭回收率低。因此，设计认为本区3-1煤层不宜采用分层综采。
2.3、综采放顶煤一次采全高开采
实践证明，在厚及特厚煤层中，综采放顶煤较分层开采，简化了巷道布置和回采工序，节省了人力、财力、物力、时间消耗，降低了成本；提高了工作面单产和工效；生产高度集中，有利于矿井的管理与控制，实现安全文明生产；对于地质条件比较复杂、小断层较多、煤层厚度变化大的煤层适应性强。当然，放顶煤开采也不能解决所有厚煤层的开采问题。仍然存在着煤尘大，易混入夹矸工作面作业条件差，工作面回采率偏低，高瓦斯煤层有局部积聚危险和采空区浮煤易发火等固有问题尚待解决。同时煤层埋深、煤层厚度与强度、夹矸厚度、强度与层位、煤层裂隙发育程度等诸多地质因素也直接决定着放顶煤的效果。
根据对综放开采顶煤冒落运动规律、支架上方顶煤破碎深度的现场观测和通过计算可知，顶煤的冒放性与许多因素有关，概括起来主要有以下几点：①煤层强度；②岩体的自重应力，即煤层的埋藏深度；③顶煤的节理裂隙发育程度；④煤层结构中夹石情况；⑤直接顶和老顶岩性与厚度；⑥开采工艺，主要是采放比因素。根据以上的主要因素分析，本矿井3-1煤层具有如下特征：
①煤的坚固性系数1.0 通过以上六个特征，利用顶煤冒放性评价方法计算出冒放性综合指数为0.50～0.69，属冒放性“差～一般”主要为“差”的煤层，说明选择综采放顶煤采煤工艺是不合理的，如果采用注水软化、顶煤预爆破等措施可以改善顶煤的冒放性，但顶煤的回收不能保证质量。
2.4、方案比较
根据以上分析并结合本矿井3-1煤层的开采技术条件，设计着重比较一次采全高和放顶煤工艺，具体分析如下：
①从煤层回采率来分析，3-1煤层平均厚度为5.87m，只有个别区段平均煤厚为6.34m，按采煤机最大采高6.1m计算，采区回采率大于75%，满足现行矿井设计规范要求；②从煤质比较，放顶煤综采回采的原煤中，不可避免地要混入一部分矸石，势必增加原煤灰分，降低煤质；③东胜煤田煤炭有一定韧性，3-1煤顶煤冒放性差，必须采取其他辅助措施改善顶煤冒放性，工艺复杂。④工作面设备管理和作业条件比较，放顶煤综采工作面设备多，管理难度大，由于需同时打开多个放煤口，工作面粉尘比较大，撒煤清理量大。⑤东胜煤田类似煤层还没有采用放顶煤开采的先例。
三、 结束语
经过分析比较，察哈素煤矿3-1煤层最终推荐采用最大采高为6.1m的大采高综采一次采全高。该采煤工艺有利于实现矿井的高产、高效，将为察哈素煤矿建成国内一流、高标准的安全、高效、现代化矿井奠定坚实的基础。
作者简介：马亮（1986—— ），男，本科，内蒙古自治区鄂尔多斯市，采煤助理工程师，现就职于国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿。
[关键词]采煤工艺；综采；厚煤层
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0034-01
一、工程概况
察哈素矿井位于东胜煤田新街矿区，矿井设计能力1000万t/a，采用主斜、副立混合开拓，井口位置位于井田中部。本井田褶曲宽缓，跨度大，幅度小。煤层倾角一般在1～3°之间。根据井口位置和井下开拓巷道布置，矿井首采区选择31和21采区。其中，31采区主采3-1煤层，3-1煤层全区可采，煤层纯厚度2.05～7.15m，平均为5.25m；煤层倾角平缓，一般1°；煤层结构较简单，在煤层最下部夹有1-2层夹矸，夹矸岩性为泥岩、砂质泥岩。顶板岩性为砂质泥岩、泥岩，局部为细～中粒砂岩，稳定性较差，易坍塌冒落；直接底主要为泥岩和砂质泥岩，属坚硬性较差底板。矿井为低瓦斯矿井，各煤层煤尘具有爆炸危险性，各煤层自燃到易自燃。水文地质条件简单，矿井开采直接含水层为Ⅱ含和Ⅲ含。
二、采煤方法及采煤工艺的选择
1、采煤方法选择
本矿井开采的为近水平薄、中厚及厚煤层，结合矿井开拓布置，不同采区的工作面采用走向（或倾向）长壁式采煤法，后退式回采，全部冒落法管理顶板。
2、3-1煤层采煤工艺选择
根据矿井开拓部署和对3-1煤层地质资料分析，3-1煤层可选用的采煤工艺有大采高综采一次采全高，分层综采和综采放顶煤三个方案。
2.1、大采高综采
大采高综采采煤工艺是国外高产工作面采用的主要方法。我国从1978年起，开始试验厚煤层大采高一次采全厚开采方法，至今已取得了长足进步。但由于我国的综采设备制造技术尚不完备，使国产设备大采高技术未能在我国广泛推行。
大采高综采采煤工艺适应于煤层厚度3.5～6.1m，煤层较硬，顶底板较稳定的煤层，神东矿区各矿井，在煤层倾角5°以下、硬度f=2～3、顶板较稳定、无瓦斯危害、采高5.0m左右的条件下，采用引进大采高综采设备的所有采面单产近几年来基本达到年产800万t/a以上、有的已突破1000万t/a，实现了国内工效最高、吨煤成本最低的成果，极大地提高了其煤炭市场竞争能力。
本矿井3-1煤层全区适合采用大采高综采工艺，南井田平均煤厚5.83m，含夹矸后平均6.07m。至于个别区段平均煤厚高达6.34m，目前国内外的大采高设备最大采高一般在6.1m，对于大于6.1m厚的范围，不能一次采全高造成一定量资源无法回收，但本矿井条件下大采高综采工作面回采率远远高于综放工作面的回采率。
2.2、分层综采
分层综采是指采高小于3.5m的传统意义上的分层综采，是将厚煤层分成若干层，顶分层要为下分层铺设人工假顶（大剥皮再生顶板）的一种采煤方法，适用于煤层顶板中等冒落，直接顶具有一定厚度的缓倾斜及倾斜厚煤层。
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和留煤皮假顶分层综采。人工假顶分层综采的主要优点是煤炭回收率高，厚煤层回采率可达95%以上；主要缺点是铺设假顶工作量大、工艺复杂、效率低、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；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，煤层自然发火的机率高。
我国自1974年在开滦矿务局唐山矿试验成功缓倾斜厚煤层下行垮落金属假顶综合机械化采煤以后，经过二十年的努力，人工假顶分层开采的综合机械化采煤工艺又有了进一步的发展。进入九十年代后，很多矿井陆续根据自身的地质条件和技术经济条件因地制宜地将人工假顶分层综采改为放顶煤综采，提高了工作面单产水平，创造了良好的经济效益和社会效益。因此，一般认为在有条件采用放顶煤综采或大采高综采的条件下，尽量采用放顶煤综采或一次采全高大采高综采。
综上所述，本区若采用人工假顶分层综采，工艺复杂，每分层均需布置回采巷道，巷道掘进率高，材料消耗量大，增产潜力不大；采用留煤皮作假顶分层综采可以提高产量，但需丢掉1～2m左右的煤，煤炭回收率低。因此，设计认为本区3-1煤层不宜采用分层综采。
2.3、综采放顶煤一次采全高开采
实践证明，在厚及特厚煤层中，综采放顶煤较分层开采，简化了巷道布置和回采工序，节省了人力、财力、物力、时间消耗，降低了成本；提高了工作面单产和工效；生产高度集中，有利于矿井的管理与控制，实现安全文明生产；对于地质条件比较复杂、小断层较多、煤层厚度变化大的煤层适应性强。当然，放顶煤开采也不能解决所有厚煤层的开采问题。仍然存在着煤尘大，易混入夹矸工作面作业条件差，工作面回采率偏低，高瓦斯煤层有局部积聚危险和采空区浮煤易发火等固有问题尚待解决。同时煤层埋深、煤层厚度与强度、夹矸厚度、强度与层位、煤层裂隙发育程度等诸多地质因素也直接决定着放顶煤的效果。
根据对综放开采顶煤冒落运动规律、支架上方顶煤破碎深度的现场观测和通过计算可知，顶煤的冒放性与许多因素有关，概括起来主要有以下几点：①煤层强度；②岩体的自重应力，即煤层的埋藏深度；③顶煤的节理裂隙发育程度；④煤层结构中夹石情况；⑤直接顶和老顶岩性与厚度；⑥开采工艺，主要是采放比因素。根据以上的主要因素分析，本矿井3-1煤层具有如下特征：
①煤的坚固性系数1.0
2.4、方案比较
根据以上分析并结合本矿井3-1煤层的开采技术条件，设计着重比较一次采全高和放顶煤工艺，具体分析如下：
①从煤层回采率来分析，3-1煤层平均厚度为5.87m，只有个别区段平均煤厚为6.34m，按采煤机最大采高6.1m计算，采区回采率大于75%，满足现行矿井设计规范要求；②从煤质比较，放顶煤综采回采的原煤中，不可避免地要混入一部分矸石，势必增加原煤灰分，降低煤质；③东胜煤田煤炭有一定韧性，3-1煤顶煤冒放性差，必须采取其他辅助措施改善顶煤冒放性，工艺复杂。④工作面设备管理和作业条件比较，放顶煤综采工作面设备多，管理难度大，由于需同时打开多个放煤口，工作面粉尘比较大，撒煤清理量大。⑤东胜煤田类似煤层还没有采用放顶煤开采的先例。
三、 结束语
经过分析比较，察哈素煤矿3-1煤层最终推荐采用最大采高为6.1m的大采高综采一次采全高。该采煤工艺有利于实现矿井的高产、高效，将为察哈素煤矿建成国内一流、高标准的安全、高效、现代化矿井奠定坚实的基础。
作者简介：马亮（1986—— ），男，本科，内蒙古自治区鄂尔多斯市，采煤助理工程师，现就职于国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿。