国投哈密一矿浅部煤层安全开采技术方案探讨

王刚

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

国投哈密一矿浅部煤层安全开采技术方案探讨

王刚

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

介绍了国投哈密一矿的概况，分析了原井工设计方案在浅部开采存在的安全问题，预测出浅部开采隐患区范围，根据该范围制定露天开采方案，确定露天开采范围，分析露天开采的合理性，最终得出采用露天方式优先开采矿压显现剧烈区的结论。

露天矿；浅部煤层；开采技术

0 引 言

国投哈密一矿井田地处哈密大南湖煤田的西区，煤层层数多，煤层厚，赋存比较稳定、相对集中。矿井含可采及大部可采煤层18层，可采煤层平均总厚度68.40 m。单煤层平均厚度超过6 m以上的有4层，最厚的一层煤平均厚度达9.4 m。煤层倾角一般5°～12°，属缓倾斜煤层。煤质良好，构造简单。

矿井设计采用浅部斜井开拓方案，矿井初期设主、副斜井、进风立井和回风立井4个井筒，后期随着开采范围扩大，分别在井田北部和井田东部增建边界风井。主斜井及井下大巷采用带式输送机连续运输，井下辅助运输采用防爆无轨胶轮车运输。本井田煤层总体趋势为走向近南北，倾向向东，西部煤层埋藏浅，东部煤层埋藏深。

1 原井工设计方案浅部开采存在的主要安全问题

1.1 导水裂缝带切入第四系基底的安全问题

由于浅埋区内的3#、5#、6#煤层已被剥蚀，仅剩7#、10#、12#、13#煤层可采，最上面的7#煤层厚度最大，该层形成的导水裂缝带高度最高，根据导水裂缝带高度计算公式仅对7#煤层的导水裂缝带高度进行预测即可。

据钻孔数据导水裂缝带计算结果，按照煤层底板等高线图、基岩等厚线图和第四系等厚线图绘制7#煤层浅埋深区综采放顶煤一次采全高时导水裂缝带切入地表区域及其范围内煤层限采区分布情况如图1所示，可以看出7#煤层首采工作面布置在导水裂缝带切入地表危险区域，存在如下安全隐患：①大气降水沿导水裂缝带灌入井下，带来突水事故；②裂缝带漏风给井下通风系统风流控制管理工作带来困难；③风流进入采空区形成自然发火区。

1.2 浅埋深区域顶板管理方面的安全问题

原设计首采工作面布置在大背斜的隆起区域，上部的3＃、5＃煤层缺失，该区域煤层埋深较浅，埋深19～40 m，最小埋深仅19 m。综采放顶煤开采存在安全隐患。生产实践表明，煤层埋藏浅并不一定矿压小，浅埋煤层长壁工作面普遍出现“台阶下沉”现象，矿压显现剧烈，顶板控制具有特殊性[1]。工作面上覆岩层整体切落与台阶下沉如图2所示。

图1导水裂缝带切入地表区及煤层限采区分布示意图

图2 工作面上覆岩层整体切落与台阶下沉

浅埋深煤层因其特殊的地层赋存条件造成剧烈矿山压力显现，例如台阶下沉，贯通裂隙，基岩全厚切落。由于7＃煤层埋深浅、顶板软，属缓倾斜煤层，厚度接近10 m，最小埋深仅19 m，如采用常规支架开采该区域时，存在工作面支架被压坏无法继续生产以及人员伤亡等重大安全隐患；如采用综采放顶煤开采，埋深小于40 m时，支架完成承受顶板形成的矿压，对支架设计支撑强度要求高；埋深60～100 m时，不能形成承压拱，易造成回采工作面顶板切顶造成安全事故。如果考虑采用房柱式采煤方法，则煤炭回收率较低。

2 浅部煤层开采隐患区范围预测结果

研究方案根据导水裂缝带切入地表区域和浅埋深区域顶板管理方面的安全问题预测出本井矿压显现剧烈区域和矿压显现正常区域，本井浅部煤层开采隐患区范围示意图如图3所示。

图3 本井浅部煤层开采隐患区范围示意图

3 露天开采技术方案

矿压显现剧烈区虽然可以采用井工房柱式采煤法进行开采，但资源回采率较低，虽然充填法可提略提高回采率，但成本增加，将仍然面临矿压显现、自然发火等诸多安全隐患问题。另外如果先期不开采该区域，按照煤层赋存条件，必须先开采3#和5#煤层，而3#和5#煤层较薄，前期至少3年不能达到设计生产能力，但如采用露天开采加上2个井工开采工作面则可保证设计生产能力。为防止井工开采可能带来的安全隐患，提高煤炭回收率，保证煤矿开采的安全可靠、经济合理，实现矿井设计生产能力，特提出矿压显现剧烈区采用露天开采的技术方案[2-3]。

3.1 露天开采煤层对象

本研究统计了浅部煤层放顶煤开采隐患区范围内ZK487、ZK493、ZKJ202 3个钻孔柱状图中的7#、10#、12#煤层厚度及层间剥离物厚度，统计结果见表1。

从表1可以看出，浅部煤层放顶煤开采隐患区范围内 7#、10#煤层的层间剥采比适中，参照GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范中关于褐煤、非焦煤的经济合理剥采比的推荐值6 m3/t和10 m3/t，7#、10#煤层采用露天方式采出是适宜的。12#煤层在浅部煤层放顶煤开采隐患区范围内的3个钻孔层间剥采比计算结果平均值为18.5 m3/t，远大于GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范中关于褐煤、非焦煤的经济合理剥采比的推荐值，因此，12#煤层不宜采用露天方式采出。

3.2 经济剥采比

表1 7#、10#、12#煤层厚度及层间剥离物厚度统计结果

根据GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范相关规定，结合本矿开采煤种及煤层赋存情况，露天采区境界剥采比按6.0 m3/t进行确定。

按露天开采和矿井开采单位原煤成本比较法计算经济剥采比，根据新疆地区的目前情况，按矿井开采原煤成本57.11元/t,露天开采原煤成本8.76元/t，露天剥离成本按12元/m3和10元/m3分别进行考虑，计算经济剥采比分别为4.0 m3/t和5.0 m3/t，其计算公式如下：

式中：ni为经济剥采比，m3/t；c0为矿井开采原煤成本，元/t；a0为露天开采原煤成本，元/t；b0为露天剥离成本，元/m3。

3.3 资源采出率

本研究估算了经济合理剥采比为5 m3/t时的露天采区资源采出率，估算结果见表2。

表2 露天采区资源采出率估算

3.4 符合国家煤炭工业发展规划的政策

针对矿压显现剧烈区提出的露天开采方案，年生产能力为4.0 Mt/a（与电厂用煤量匹配），资源条件和外部建设条件均满足露天开采方案的要求，分析认为，该区域采用露天开采的方式技术上是可行的，经济上是合理的，与井工开采方式相比，是更加安全可靠的。煤炭工业"十二五"规划明确指出：在有条件的区域优先建设大型露天矿。因此，采用露天方式优先开采矿压显现剧烈区符合国家煤炭工业发展规划的政策要求。

4 结论与建议

综上所述，矿井初步设计确定的首采工作面附近浅部区煤层采用放顶煤开采存在诸多安全隐患。研究圈定了矿井采用放顶煤开采时冒落裂隙带沟通地表的范围[4-8]，针对其中不适宜壁式体系采煤法开采区域提出了露天开采方案，很好的解决了该区域采用井工开采存在的安全隐患问题，并且全采区的资源采出率可以达到91%，明显高于井工方式房柱式开采的回采率。

本次研究认为本矿不适宜壁式体系采煤法开采区域浅部煤层应采用露天开采方案。不适宜壁式体系采煤法开采区域以外的冒落带沟通地表范围，限采高度和煤层厚度较为接近，建议采用留底煤综放开采。

［1］ 许家林，朱卫兵，王晓振，等.浅埋煤层覆岩关键层结构分类［J］.煤炭学报，2009，34（7）：865-870.

［2］ 宋子岭，白润才，王文，等.武家塔露天煤矿露天-井工联合开采方案［J］.辽宁工程技术大学学报，2006，25（1）：10-13.

［3］ 侯进山.元金煤矿井工开采转露天开采可行性研究［J］.煤炭工程，2013（3）：17-19.

［4］ 杨国勇，陈超，高树林，等.基于层次分析-模糊聚类分析法的导水裂隙带发育高度研究［J］.采矿与安全工程学报，32（2）：206-212.

［5］ 施龙青，辛恒奇，翟培合，等．大采深条件下导水裂隙带高度计算研究［J］.中国矿业大学学报，2012，41（1）：37-41.

［6］ 许家林，王晓振，刘文涛，等.覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响［J］.岩石力学与工程学报，2009，28（2）：380-385.

［7］ 许家林，朱卫兵，王晓振.基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法［J］.煤炭学报，2012，37（5）：762-769.

［8］ 杨贵．综放开采导水裂隙带高度及预测方法研究［D］．青岛：山东科技大学，2004．

【责任编辑：陈 毓】

Discussion on safe mining technical scheme of shallow coal seam in Guotou Hami No.1 Mine

WANG Gang
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The article introduced the overview of Guotou Hami No.1 Mine,and analyzed the security issues of the preliminary design scheme in shallow coal seam,and predicted the hidden areas in the shallow coal seam.The mine formulated open-pit mining scheme,determined the scope of open-pit mining,analyzed the rationality of open-pit mining and obtained the conclusion that the open-pit mining was preferential in the pressure behavior areas.

open-pit mine;shallow coal seam;mining technology

TD824

B

1671－9816（2017）06－0016－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.005

王刚.国投哈密一矿浅部煤层安全开采技术方案探讨［J］.露天采矿技术，2017，32（6）：16-18.

2017-02-14

王 刚（1985—），陕西渭南人，工程师，硕士，2012年毕业于中国矿业大学（北京）采矿工程专业，主要从事采矿设计工作。