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摘 要：合理的采煤方法及采煤工艺是建设高产高效矿井的关键，结合新疆天辰矿业苏杭河煤矿的地质条件，综合考虑各方面因素，提出了一套适合本矿井的采煤方法及工艺，且提高了矿井采煤机械化程度，减少井下工作面设备费用及井下人员数量。
关键词：采煤方法；水力采煤；工作面参数
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2015）10-0188-02
1 矿井概况
苏杭河煤矿位于拜城县城西北50km，在众维煤矿东侧，行政区划属阿克苏地区拜城县铁列克镇管辖。杭河煤矿年设计生产能力初期为0.45Mt/a，主要环节为0.9Mt/a，建设性质为改扩建，属于中型煤矿。井田东西长4km，南北宽2.2km，井田面积8.76km2。该井田位于天山南麓低山带，地形走向北东—南西，地形复杂程度为三类，井田沟谷发育，最大河流台勒曲克河位于井田中部，为长年流水，一般流量为5～10m3/s，历史上最大流量达20.59m3/s。该矿井为年产0.45Mt/a的改扩建矿井，开拓方式为平硐—暗斜井，采煤方法为采用走向长壁伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法，于2010年4月1日开工建设，基本建设已完成，2013年年初开始试生产，但是，实际采用该采煤方法后存在很多问题。
2 矿井采用的伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法存在的问题
该矿井2013年年初开始试生产，使用的采煤方法为伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法，已开采了五个工作面，投产时两个工作面生产，实际生产能力为0.25Mt/a。但是，实际采用该采煤方法后存在以下问题：
（1）经现场实践，该工艺推进速度慢，工人劳动强度大，工作面安全系数及作业环境较差。由于煤层厚度变化较大，工人往往在处理支架下放、支架扭斜矫正、支架悬空及钢丝绳断绳等过程中发生事故。
（2）该采煤工艺目前尚难实现机械化作业，工作面劳动人员多，炸药消耗量大，吨煤成本高，矿井工效低。
（3）工作面有效但面小，通风条件差，工作面工作环境差，难以保留工人。工作面爆破落煤，工作面粉尘大，工人得病率高。
（4）工作面单产低，目前一个工作面年产量才0.13Mt/a。
（5）该矿井试生产时间已到期，因为，目前采用的伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法不符合国家行业政策（没有机械化开采），当地行业管理部门无法验收。
3 采煤方法的选择
3.1 采煤方法的选择
3.1.1 水力采煤的可行性
苏杭河煤矿拟采用水力采煤进行开采，下面根据水力采煤的特点对苏杭河煤矿进行可行性分析：
（1）地质构造：水力采煤巷道及工作面布置灵活，对地质构造适应性强，特别是断层多，倾角大及倾角变化大时更具有明显的优势，水力采煤适应煤层倾角为6°～90°，苏杭河煤矿煤层倾角平均在62°，适合利用水力开采。
（2）煤层厚度：水力采煤对煤层厚度适应性强，特别是煤层厚度变化大时具有较强的优势，苏杭河煤矿7层煤煤层厚度最大处为6.05m，最小处为0.53m，煤层厚度变化相对较大，适合水力采煤法。
（3）顶底板条件：煤层顶、底板条件较好，均为中砂岩或细砂岩，允许顶板暴露面积为80m2～100m2左右，这不但有利于提高回采率，还有利于巷道的掘进与支护。因此，该顶底条件均可满足水采回采落煤工艺的要求。
（4）瓦斯条件：《煤矿安全规程》规定，突出煤层中的突出危险区、突出威胁区，严禁采用放顶煤采煤法、水力采煤法、非正规采煤法采煤。苏杭河煤矿上部瓦斯低为瓦斯矿井，下部为高瓦斯矿井，煤层无突出，可采用水力采煤法。
（5）煤层硬度：通过对Ⅳ7和Ⅳ13层采样用捣碎法测定，普氏硬度系数f值为0.45～0.6，属于软煤层，从目前水力落煤技术水平分析，判定该煤层属高压水射流易破碎型，有利于水力落煤。
（6）煤泥处理：苏杭河矿地面建有选煤厂，煤泥可直接进入选煤厂进行洗选，降低生产成本。
（7）水源条件：水力采煤水系统为闭路循环，因煤炭会带走部分水分，需要进行补水，苏杭河煤矿紧临台勒曲克河，能够满足水采生产要求。
（8）矿井供电：矿井现有供电系统不能满足供电要求，需增加供电容量。苏杭河煤矿周边四个大型变电站，具备矿井增容空间。
通过以上分析，苏杭河煤矿利用水力采煤是可行的。
3.1.2 水力采煤的必要性
矿井煤层倾角平均62°，开采煤层为7层，煤层厚度最大处为6.05m，最小处为0.53m，由于煤层较薄，无法采用大倾角综采开采；矿井现采用柔性掩护支架采煤法，该采煤法单面产量较低，对煤层厚度变化适应性差，如煤层厚度变化，会造成回采率降低，生产能力下降；从安全方面，护架下放时容易发生事故。通过以上分析，矿井采用水力采煤方法是必要的。
3.1.3 水力采煤方法的选择
水力采煤方法按回采工作面推进方向的不同，主要分为倾斜漏斗式采煤法和走向小阶段式采煤法。倾斜漏斗式采煤法又分为单面漏斗式和双面漏斗式采煤法，它一般沿煤层倾向方向布置回采工作面，因此，它适用于对缓倾斜煤层的开采。走向小阶段式采煤法一般沿煤层走向方向布置回采工作面，因此，它适合于对倾斜和急倾斜煤层的开采。由于苏杭河煤矿煤层倾角大，属于倾斜煤层，综合考虑煤层地质条件、通风等情况，确定采用小阶段式采煤法。
3.2 水采工作面参数
3.2.1 采垛参数
（1）采垛的长度L：水射流冲采距离主要受水枪有效射程、顶板允许暴露面积和水采生产能力所决定。因此，结合该矿开拓实际情况，确定采垛的长度（沿煤层倾向，即两回采顺槽之间煤柱长度）L=15m为宜。
（2）采垛的移枪步距X：该矿煤层采垛的移枪步距不能过小，应大于采垛上侧采空区可能窜矸的距离，根据计算和实际生产经验，确定移枪步距X=8m。
（3）采垛的最终冲采角θ。
由于该矿煤层倾角较小，采用小阶段式采煤法。冲采角主要是以保证采垛内的煤水能够外运为前提来确定。因此，根据水采矿井采用小阶段式采煤法的经验，冲采角θ=50～60°。
3.2.2 回采顺序
（1）采垛落煤顺序：采用闭式落煤顺序。
（2）回采顺序：水采首采区为上山开采，煤分区段由上至下进行回采，每一区段按煤层上下顺序进行回采。每一层煤每区段划分为三个小阶段进行交替回采，工作面沿回采顺槽逐垛进行后退式回采，5层煤回采顺序也是按区段由上至下进行回采。
3.2.3 水采工作面推进度
为了便于管理，每班退枪2次，开枪时间为4～6小时，工作制度为3班生产，日采垛个数6个，日退尺为48m。
3.2.4 工作面生产能力
经计算，回采工作面年产量Q=52万t，各煤层交替回采，按煤层平均厚度计算，生产能力能够满足45万t/a的要求。
4 结论
该矿井目前能使用的采煤方法只要两种：水力采煤与目前使用的柔性掩护支架采煤法进行技术比较。水力采煤有以下突出优点：
（1）采用高压水射流落煤，在工作面无带电设备，不会发生电气设备引发的事故。
（2）人在有加强支护的巷道内距工作面30米外视屏控制作业，不进入无支护的采场落煤作业区域，能保证人员不受顶板冒落危害，保证人员安全。
（3）水采可有效抑制煤尘，在采运过程中不会产生煤尘，防止煤尘爆炸。水采煤尘小，可减少尘肺病的发生。
（4）水力采煤实现机械化开采，生产连续性强，单面产量相对高，有利于提高产量。水采对煤层厚度、倾角等产状变化适应性强，可提高回采率，且工人劳动强度低，工作面安全系数及作业环境好。
（5）工作面人员少，回采时只有正副司机两人，减少人员伤亡概率，而柔性掩护支架采煤法在工作面人员实际有10个左右。
关键词：采煤方法；水力采煤；工作面参数
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2015）10-0188-02
1 矿井概况
苏杭河煤矿位于拜城县城西北50km，在众维煤矿东侧，行政区划属阿克苏地区拜城县铁列克镇管辖。杭河煤矿年设计生产能力初期为0.45Mt/a，主要环节为0.9Mt/a，建设性质为改扩建，属于中型煤矿。井田东西长4km，南北宽2.2km，井田面积8.76km2。该井田位于天山南麓低山带，地形走向北东—南西，地形复杂程度为三类，井田沟谷发育，最大河流台勒曲克河位于井田中部，为长年流水，一般流量为5～10m3/s，历史上最大流量达20.59m3/s。该矿井为年产0.45Mt/a的改扩建矿井，开拓方式为平硐—暗斜井，采煤方法为采用走向长壁伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法，于2010年4月1日开工建设，基本建设已完成，2013年年初开始试生产，但是，实际采用该采煤方法后存在很多问题。
2 矿井采用的伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法存在的问题
该矿井2013年年初开始试生产，使用的采煤方法为伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法，已开采了五个工作面，投产时两个工作面生产，实际生产能力为0.25Mt/a。但是，实际采用该采煤方法后存在以下问题：
（1）经现场实践，该工艺推进速度慢，工人劳动强度大，工作面安全系数及作业环境较差。由于煤层厚度变化较大，工人往往在处理支架下放、支架扭斜矫正、支架悬空及钢丝绳断绳等过程中发生事故。
（2）该采煤工艺目前尚难实现机械化作业，工作面劳动人员多，炸药消耗量大，吨煤成本高，矿井工效低。
（3）工作面有效但面小，通风条件差，工作面工作环境差，难以保留工人。工作面爆破落煤，工作面粉尘大，工人得病率高。
（4）工作面单产低，目前一个工作面年产量才0.13Mt/a。
（5）该矿井试生产时间已到期，因为，目前采用的伪倾斜柔性掩护支架爆破落煤采煤法不符合国家行业政策（没有机械化开采），当地行业管理部门无法验收。
3 采煤方法的选择
3.1 采煤方法的选择
3.1.1 水力采煤的可行性
苏杭河煤矿拟采用水力采煤进行开采，下面根据水力采煤的特点对苏杭河煤矿进行可行性分析：
（1）地质构造：水力采煤巷道及工作面布置灵活，对地质构造适应性强，特别是断层多，倾角大及倾角变化大时更具有明显的优势，水力采煤适应煤层倾角为6°～90°，苏杭河煤矿煤层倾角平均在62°，适合利用水力开采。
（2）煤层厚度：水力采煤对煤层厚度适应性强，特别是煤层厚度变化大时具有较强的优势，苏杭河煤矿7层煤煤层厚度最大处为6.05m，最小处为0.53m，煤层厚度变化相对较大，适合水力采煤法。
（3）顶底板条件：煤层顶、底板条件较好，均为中砂岩或细砂岩，允许顶板暴露面积为80m2～100m2左右，这不但有利于提高回采率，还有利于巷道的掘进与支护。因此，该顶底条件均可满足水采回采落煤工艺的要求。
（4）瓦斯条件：《煤矿安全规程》规定，突出煤层中的突出危险区、突出威胁区，严禁采用放顶煤采煤法、水力采煤法、非正规采煤法采煤。苏杭河煤矿上部瓦斯低为瓦斯矿井，下部为高瓦斯矿井，煤层无突出，可采用水力采煤法。
（5）煤层硬度：通过对Ⅳ7和Ⅳ13层采样用捣碎法测定，普氏硬度系数f值为0.45～0.6，属于软煤层，从目前水力落煤技术水平分析，判定该煤层属高压水射流易破碎型，有利于水力落煤。
（6）煤泥处理：苏杭河矿地面建有选煤厂，煤泥可直接进入选煤厂进行洗选，降低生产成本。
（7）水源条件：水力采煤水系统为闭路循环，因煤炭会带走部分水分，需要进行补水，苏杭河煤矿紧临台勒曲克河，能够满足水采生产要求。
（8）矿井供电：矿井现有供电系统不能满足供电要求，需增加供电容量。苏杭河煤矿周边四个大型变电站，具备矿井增容空间。
通过以上分析，苏杭河煤矿利用水力采煤是可行的。
3.1.2 水力采煤的必要性
矿井煤层倾角平均62°，开采煤层为7层，煤层厚度最大处为6.05m，最小处为0.53m，由于煤层较薄，无法采用大倾角综采开采；矿井现采用柔性掩护支架采煤法，该采煤法单面产量较低，对煤层厚度变化适应性差，如煤层厚度变化，会造成回采率降低，生产能力下降；从安全方面，护架下放时容易发生事故。通过以上分析，矿井采用水力采煤方法是必要的。
3.1.3 水力采煤方法的选择
水力采煤方法按回采工作面推进方向的不同，主要分为倾斜漏斗式采煤法和走向小阶段式采煤法。倾斜漏斗式采煤法又分为单面漏斗式和双面漏斗式采煤法，它一般沿煤层倾向方向布置回采工作面，因此，它适用于对缓倾斜煤层的开采。走向小阶段式采煤法一般沿煤层走向方向布置回采工作面，因此，它适合于对倾斜和急倾斜煤层的开采。由于苏杭河煤矿煤层倾角大，属于倾斜煤层，综合考虑煤层地质条件、通风等情况，确定采用小阶段式采煤法。
3.2 水采工作面参数
3.2.1 采垛参数
（1）采垛的长度L：水射流冲采距离主要受水枪有效射程、顶板允许暴露面积和水采生产能力所决定。因此，结合该矿开拓实际情况，确定采垛的长度（沿煤层倾向，即两回采顺槽之间煤柱长度）L=15m为宜。
（2）采垛的移枪步距X：该矿煤层采垛的移枪步距不能过小，应大于采垛上侧采空区可能窜矸的距离，根据计算和实际生产经验，确定移枪步距X=8m。
（3）采垛的最终冲采角θ。
由于该矿煤层倾角较小，采用小阶段式采煤法。冲采角主要是以保证采垛内的煤水能够外运为前提来确定。因此，根据水采矿井采用小阶段式采煤法的经验，冲采角θ=50～60°。
3.2.2 回采顺序
（1）采垛落煤顺序：采用闭式落煤顺序。
（2）回采顺序：水采首采区为上山开采，煤分区段由上至下进行回采，每一区段按煤层上下顺序进行回采。每一层煤每区段划分为三个小阶段进行交替回采，工作面沿回采顺槽逐垛进行后退式回采，5层煤回采顺序也是按区段由上至下进行回采。
3.2.3 水采工作面推进度
为了便于管理，每班退枪2次，开枪时间为4～6小时，工作制度为3班生产，日采垛个数6个，日退尺为48m。
3.2.4 工作面生产能力
经计算，回采工作面年产量Q=52万t，各煤层交替回采，按煤层平均厚度计算，生产能力能够满足45万t/a的要求。
4 结论
该矿井目前能使用的采煤方法只要两种：水力采煤与目前使用的柔性掩护支架采煤法进行技术比较。水力采煤有以下突出优点：
（1）采用高压水射流落煤，在工作面无带电设备，不会发生电气设备引发的事故。
（2）人在有加强支护的巷道内距工作面30米外视屏控制作业，不进入无支护的采场落煤作业区域，能保证人员不受顶板冒落危害，保证人员安全。
（3）水采可有效抑制煤尘，在采运过程中不会产生煤尘，防止煤尘爆炸。水采煤尘小，可减少尘肺病的发生。
（4）水力采煤实现机械化开采，生产连续性强，单面产量相对高，有利于提高产量。水采对煤层厚度、倾角等产状变化适应性强，可提高回采率，且工人劳动强度低，工作面安全系数及作业环境好。
（5）工作面人员少，回采时只有正副司机两人，减少人员伤亡概率，而柔性掩护支架采煤法在工作面人员实际有10个左右。