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[摘要]随着经济的快速发展，对于煤炭的需求越来越高。本文以伊犁伊北煤炭有限责任公司煤矿为例，在矿井开拓系统已形成的前提下，对现行的采煤方法进行了改革，对类似矿井有一定的借鉴意义。
[关键词]采煤方法经济安全高效
中图分类号：TD823.25 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）31―0323―01
一、矿井概况
伊犁伊北煤炭有限责任公司煤矿位于界梁子沟内，该矿始建于1985年，采用斜井开拓，主采煤层B13、B8、B5煤层。该矿的煤炭销售有保障，而现有的采煤方法生产能力小、安全性差，生产成本高、工人劳动强度大，远远不能满足配套电厂的需要。在矿井开拓系统已形成的前提下，为达到“投产早，见效快，效果好”的目的，必须对现行的采煤方法进行改革，使该矿达到高产高效的目的。
本次采煤方法主要针对B5煤层，B5煤层为主要可采煤层，煤层较稳定，厚度4.00-5.00m，平均厚度4.53m。煤层底板为粉砂岩，顶板为褐色粉砂岩。该矿井瓦斯相对涌出量为1.34m3/t，二氧化碳相对涌出量为0.82m3/t，为低瓦斯矿井。该矿煤尘具有爆炸性，开采的煤层具有自燃倾向，一般发火期在2—6个月左右。
二、伊犁伊北煤炭有限责任公司煤矿采煤方法的现状
目前该矿采用的采煤方法为走向长壁悬移支架炮采放顶煤采煤方法，采用人工打眼爆破落煤。该采煤法具有以下缺点：
1、安全性较差，该采煤方法虽然属较先进的采煤法，但工作面采用悬移支架支护顶板，对顶板的支护强度相对较低；由于本矿井局部煤层倾角较大，现有工作面的装备解决工作面防倒、防滑等难度较大。
2、生产成本高、工人劳动强度大。该采煤法在进行放顶煤开采时需铺设金属网，需要的材料及人工较多；支架自移速度慢，造成生产成本相对较大。
3、工作面单产低，根据统计矿井近几个月的生产可知，工作面日产量最大仅达200吨左右，在有检修等任务或停产时，工作面没有足够的能力去弥补欠产，造成矿井效益比较差。
三、采煤方法的选择
3.1方案比较
根据该矿井煤层的厚度、赋存状况及国家有关规定，根据B5煤层的赋存特点，本设计主要对以下方法进行比较：
Ⅰ：走向长壁综采放顶煤采煤法；Ⅱ：走向长壁倾斜分层综采采煤法；Ⅲ：走向长壁悬移支架炮采放放顶煤采煤法
方案Ⅰ：走向长壁综采放顶煤采煤法
该采煤方法工作面顺槽分别沿煤层底板布置，用开切巷沟通运输及回风顺槽。工作面采高2.5m，放顶煤高度为2.03m，采放比为1：0.81。采用ZFQ4800/17/30型液压支架支护顶板，工作面采用采煤机割煤。上、下端头采用端头支架支护。超前支护采用单体液压支柱配合1.2m长金属铰接顶梁支护。
优点：1、机械化程度较高，工人劳动强度较低；2、支架对顶板的工作阻力较大，工作面安全性较好；3、工作面用人少，工效高；4、工作面产量较高；5、工作面安全管理较简单；6、巷道掘进率较方案Ⅱ低。
缺点：1、初期设备投资较大；2、设备安装和搬运相对较困难；3、回采率较方案Ⅱ低。
方案Ⅱ：走向长壁倾斜分层综采采煤法
该采煤方法工作面顺槽沿煤层底板布置，用开切巷沟通运输及回风顺槽。分层高度为2—2.5m，采用ZFQ4800/17/30型液压支架支护顶板，工作面采用采煤机割煤。端头支护及超前支护同方案Ⅰ。
优点：1、机械化程度较高，工人劳动强度较低；2、支架对顶板的工作阻力较大，工作面安全性较好；3、工作面用人少，工效高；4、工作面产量较高。
缺点：1、初期设备投资较大；2、设备安装和搬运相对较困难；3、巷道掘进率高；4、工作面安全管理较复杂。
方案Ⅲ：走向长壁悬移支架炮采放放顶煤采煤法
该采煤方法工作面顺槽分别沿煤层底板布置，用开切巷沟通运输及回风顺槽。工作面采高2.2m，放顶煤高度为2.33m，采放比为1；1.06。采用XDY-ZTY/L型悬移支架支护顶板，工作面采用煤电钻打眼，爆破落煤，人工攉煤至工作面刮板输送机。上、下端头均采用单体液压支柱配合π型长梁支护，四对八梁支护，一梁三柱。超前支护采用单体液压支柱配合HDJA—1000型金属铰接顶梁进行双排支护。
优点：1、可利用原有设备，投资较小；2、支架较轻便于安装和搬运；3、巷道掘进率较方案Ⅱ低。
缺点：1、机械化程度较低，工人劳动强度较高；2、支架对顶板的工作阻力较小，工作面安全性较差；3、工作面用人多，工效低；4、工作面产量较低；5、工作面安全管理较复杂。
3.2对顶煤的冒放性定性分析
放顶煤采煤法对顶煤的冒放性及赋存条件有一定的要求，根据掌握的相关资料，对B5煤层的冒放性进行定性分析。
a、开采深度的影响
顶煤冒放性总的趋势是随开采深度增加而加强。虽然本井田B5煤层埋深较浅，但通过对矿井采用仓房式采煤法开采B5煤层情况的调查，顶煤是容易冒落的。
b、煤层厚度和煤硬度的影响
采放高度比是放顶煤工作面采煤高度与放煤高度之比，我国缓倾斜及倾斜厚煤层放顶煤采放比一般为1：1～2.4之间，最大也有达到1：3的例子。本矿井B5煤层厚度一般在4.53m左右，按开帮高度2.5m计算，顶煤厚度为2.03m，采放比为1：0.81。从煤层厚度和采放比来看，B5煤层适合放顶煤开采。
煤层强度是煤层本身抗破坏能力的主要指标，一般认为当煤层硬度系数f小于3、强度小于20MPa时，顶煤冒放性较好。地质勘探报告对B5煤层的强度虽未做详细工作，但从矿井生产实际了解煤的强度不大。
c、煤层夹矸对顶煤冒放性的影响
如果煤层中，特别是顶煤中存在厚而坚硬的夹矸，将会严重影响顶煤的冒放性。一方面，夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤不易垮落；另一方面，即使顶煤垮落，夹矸形成大块，影响顶煤冒放过程中的流动性，易堵口使顶煤无法放出。因此，夹矸的存在，特别是厚而坚硬的夹矸，对放顶煤开采很不利。本井田B5煤层仅有0.1m的夹矸，因此夹矸对顶煤冒放性影响甚微。
d、顶板对顶煤冒放性的影响
影响煤层冒放性的煤层顶板包括直接顶和基本顶两部分。直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒，能充满采空区，以防基本顶冲击来压，并促使顶煤放出。因此直接顶具有一定的厚度是放顶煤开采顶煤破碎冒落后顺利放出的基本条件，否则不利于顶煤的回收。无论从矿压角度还是从顶煤采出率考虑，直接顶的最小厚度应能够充满采出煤后形成的空间。
本井田B5煤层直接顶岩性主要为粉砂岩，均为层状结构，层间聚合力差。其顶底板内聚力（C）的测试结果在0.15-2.26之间，内磨擦角（φ）在40°34′-41°38′，小于经验值70°-85°；其顶底板在自然状态下的抗压强度为6.2-13.2Mpa，而在饱和状态下则崩解成碎块，稳固性极差；抗拉强度在0.85-1.05Mpa之间，均小于经验值1.4-5.2Mpa之间，说明顶底板稳固差。因此经过处理后顶板属易冒落较软岩层，能够随着开采的进行随采随冒，其顶板对放顶煤也是适宜的。
e、自然发火问题
B5煤层为易自燃煤层。预防自然发火是放顶煤开采成败的关键因素之一。根据我国多年来的防火工作来看，只要采取有效措施，如后退式开采，加快推进速度，提高顶煤回收率，注氮防火、回填堵漏等措施，自然发火可以得到控制，不会影响放顶煤的实施。
f、瓦斯问题
瓦斯问题是放顶煤开采的重大安全问题。由于放顶煤开采同时出煤量加大，瓦斯涌出量随之增大。本矿井为低瓦斯矿井，生产过程中通过加强通风管理，配备完善的瓦斯监测和束管监测系统，可以防止瓦斯积聚。
综上分析，设计认为本井田B5煤层适合采用放顶煤开采，采用放顶煤开采是可行的。
四、结束语
本项目实施后，工作面落煤方式由原来的爆破落煤变为采煤机割煤，工作面的支护装备由悬移支架支护变为液压支架支护，工作面的支护水平将得到较大提高，工人的劳动强度将大幅降低，可大幅减少工作面的人员，矿井的生产成本将随之降低。
作者简介
高杰（1972），男，本科，山东省泰安市，采矿工程师，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事采矿工程技术和质量管理方面的研究工作。
[关键词]采煤方法经济安全高效
中图分类号：TD823.25 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）31―0323―01
一、矿井概况
伊犁伊北煤炭有限责任公司煤矿位于界梁子沟内，该矿始建于1985年，采用斜井开拓，主采煤层B13、B8、B5煤层。该矿的煤炭销售有保障，而现有的采煤方法生产能力小、安全性差，生产成本高、工人劳动强度大，远远不能满足配套电厂的需要。在矿井开拓系统已形成的前提下，为达到“投产早，见效快，效果好”的目的，必须对现行的采煤方法进行改革，使该矿达到高产高效的目的。
本次采煤方法主要针对B5煤层，B5煤层为主要可采煤层，煤层较稳定，厚度4.00-5.00m，平均厚度4.53m。煤层底板为粉砂岩，顶板为褐色粉砂岩。该矿井瓦斯相对涌出量为1.34m3/t，二氧化碳相对涌出量为0.82m3/t，为低瓦斯矿井。该矿煤尘具有爆炸性，开采的煤层具有自燃倾向，一般发火期在2—6个月左右。
二、伊犁伊北煤炭有限责任公司煤矿采煤方法的现状
目前该矿采用的采煤方法为走向长壁悬移支架炮采放顶煤采煤方法，采用人工打眼爆破落煤。该采煤法具有以下缺点：
1、安全性较差，该采煤方法虽然属较先进的采煤法，但工作面采用悬移支架支护顶板，对顶板的支护强度相对较低；由于本矿井局部煤层倾角较大，现有工作面的装备解决工作面防倒、防滑等难度较大。
2、生产成本高、工人劳动强度大。该采煤法在进行放顶煤开采时需铺设金属网，需要的材料及人工较多；支架自移速度慢，造成生产成本相对较大。
3、工作面单产低，根据统计矿井近几个月的生产可知，工作面日产量最大仅达200吨左右，在有检修等任务或停产时，工作面没有足够的能力去弥补欠产，造成矿井效益比较差。
三、采煤方法的选择
3.1方案比较
根据该矿井煤层的厚度、赋存状况及国家有关规定，根据B5煤层的赋存特点，本设计主要对以下方法进行比较：
Ⅰ：走向长壁综采放顶煤采煤法；Ⅱ：走向长壁倾斜分层综采采煤法；Ⅲ：走向长壁悬移支架炮采放放顶煤采煤法
方案Ⅰ：走向长壁综采放顶煤采煤法
该采煤方法工作面顺槽分别沿煤层底板布置，用开切巷沟通运输及回风顺槽。工作面采高2.5m，放顶煤高度为2.03m，采放比为1：0.81。采用ZFQ4800/17/30型液压支架支护顶板，工作面采用采煤机割煤。上、下端头采用端头支架支护。超前支护采用单体液压支柱配合1.2m长金属铰接顶梁支护。
优点：1、机械化程度较高，工人劳动强度较低；2、支架对顶板的工作阻力较大，工作面安全性较好；3、工作面用人少，工效高；4、工作面产量较高；5、工作面安全管理较简单；6、巷道掘进率较方案Ⅱ低。
缺点：1、初期设备投资较大；2、设备安装和搬运相对较困难；3、回采率较方案Ⅱ低。
方案Ⅱ：走向长壁倾斜分层综采采煤法
该采煤方法工作面顺槽沿煤层底板布置，用开切巷沟通运输及回风顺槽。分层高度为2—2.5m，采用ZFQ4800/17/30型液压支架支护顶板，工作面采用采煤机割煤。端头支护及超前支护同方案Ⅰ。
优点：1、机械化程度较高，工人劳动强度较低；2、支架对顶板的工作阻力较大，工作面安全性较好；3、工作面用人少，工效高；4、工作面产量较高。
缺点：1、初期设备投资较大；2、设备安装和搬运相对较困难；3、巷道掘进率高；4、工作面安全管理较复杂。
方案Ⅲ：走向长壁悬移支架炮采放放顶煤采煤法
该采煤方法工作面顺槽分别沿煤层底板布置，用开切巷沟通运输及回风顺槽。工作面采高2.2m，放顶煤高度为2.33m，采放比为1；1.06。采用XDY-ZTY/L型悬移支架支护顶板，工作面采用煤电钻打眼，爆破落煤，人工攉煤至工作面刮板输送机。上、下端头均采用单体液压支柱配合π型长梁支护，四对八梁支护，一梁三柱。超前支护采用单体液压支柱配合HDJA—1000型金属铰接顶梁进行双排支护。
优点：1、可利用原有设备，投资较小；2、支架较轻便于安装和搬运；3、巷道掘进率较方案Ⅱ低。
缺点：1、机械化程度较低，工人劳动强度较高；2、支架对顶板的工作阻力较小，工作面安全性较差；3、工作面用人多，工效低；4、工作面产量较低；5、工作面安全管理较复杂。
3.2对顶煤的冒放性定性分析
放顶煤采煤法对顶煤的冒放性及赋存条件有一定的要求，根据掌握的相关资料，对B5煤层的冒放性进行定性分析。
a、开采深度的影响
顶煤冒放性总的趋势是随开采深度增加而加强。虽然本井田B5煤层埋深较浅，但通过对矿井采用仓房式采煤法开采B5煤层情况的调查，顶煤是容易冒落的。
b、煤层厚度和煤硬度的影响
采放高度比是放顶煤工作面采煤高度与放煤高度之比，我国缓倾斜及倾斜厚煤层放顶煤采放比一般为1：1～2.4之间，最大也有达到1：3的例子。本矿井B5煤层厚度一般在4.53m左右，按开帮高度2.5m计算，顶煤厚度为2.03m，采放比为1：0.81。从煤层厚度和采放比来看，B5煤层适合放顶煤开采。
煤层强度是煤层本身抗破坏能力的主要指标，一般认为当煤层硬度系数f小于3、强度小于20MPa时，顶煤冒放性较好。地质勘探报告对B5煤层的强度虽未做详细工作，但从矿井生产实际了解煤的强度不大。
c、煤层夹矸对顶煤冒放性的影响
如果煤层中，特别是顶煤中存在厚而坚硬的夹矸，将会严重影响顶煤的冒放性。一方面，夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤不易垮落；另一方面，即使顶煤垮落，夹矸形成大块，影响顶煤冒放过程中的流动性，易堵口使顶煤无法放出。因此，夹矸的存在，特别是厚而坚硬的夹矸，对放顶煤开采很不利。本井田B5煤层仅有0.1m的夹矸，因此夹矸对顶煤冒放性影响甚微。
d、顶板对顶煤冒放性的影响
影响煤层冒放性的煤层顶板包括直接顶和基本顶两部分。直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒，能充满采空区，以防基本顶冲击来压，并促使顶煤放出。因此直接顶具有一定的厚度是放顶煤开采顶煤破碎冒落后顺利放出的基本条件，否则不利于顶煤的回收。无论从矿压角度还是从顶煤采出率考虑，直接顶的最小厚度应能够充满采出煤后形成的空间。
本井田B5煤层直接顶岩性主要为粉砂岩，均为层状结构，层间聚合力差。其顶底板内聚力（C）的测试结果在0.15-2.26之间，内磨擦角（φ）在40°34′-41°38′，小于经验值70°-85°；其顶底板在自然状态下的抗压强度为6.2-13.2Mpa，而在饱和状态下则崩解成碎块，稳固性极差；抗拉强度在0.85-1.05Mpa之间，均小于经验值1.4-5.2Mpa之间，说明顶底板稳固差。因此经过处理后顶板属易冒落较软岩层，能够随着开采的进行随采随冒，其顶板对放顶煤也是适宜的。
e、自然发火问题
B5煤层为易自燃煤层。预防自然发火是放顶煤开采成败的关键因素之一。根据我国多年来的防火工作来看，只要采取有效措施，如后退式开采，加快推进速度，提高顶煤回收率，注氮防火、回填堵漏等措施，自然发火可以得到控制，不会影响放顶煤的实施。
f、瓦斯问题
瓦斯问题是放顶煤开采的重大安全问题。由于放顶煤开采同时出煤量加大，瓦斯涌出量随之增大。本矿井为低瓦斯矿井，生产过程中通过加强通风管理，配备完善的瓦斯监测和束管监测系统，可以防止瓦斯积聚。
综上分析，设计认为本井田B5煤层适合采用放顶煤开采，采用放顶煤开采是可行的。
四、结束语
本项目实施后，工作面落煤方式由原来的爆破落煤变为采煤机割煤，工作面的支护装备由悬移支架支护变为液压支架支护，工作面的支护水平将得到较大提高，工人的劳动强度将大幅降低，可大幅减少工作面的人员，矿井的生产成本将随之降低。
作者简介
高杰（1972），男，本科，山东省泰安市，采矿工程师，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事采矿工程技术和质量管理方面的研究工作。