金谷煤业极近距离煤层联合开采研究

张志伟

（山西安煤矿业设计工程有限公司，山西 太原 030006）

山西古县金谷煤业有限公司下组煤为近距离煤层群，在部分块段存在煤层合并情况。选择合理的采煤方法及工艺，保证矿井的安全及正常接替，是影响矿井持续稳产高产的一个难题。作为该矿建井设计阶段的主设计人，对该矿极近距离煤层开采进行了研究，并提出了合理的采煤方法[1]。

1 概况

山西古县金谷煤业有限公司设计生产能力60万t/a，服务年限30a。矿井位于山西省古县古阳镇白素-泽泉村，古阳-江水平村一带，行政区划分属古阳镇白素村、古阳村管辖。

井田地层呈走向北东、倾向南东的单斜构造，倾角一般在6～15°之间。据钻孔资料和矿井采掘揭露的实际资料显示，发育3条褶曲，27条断层，15个陷落柱，构造复杂程度属简单类，区内未见岩浆岩侵入。

井田内主要可采煤层有2#、9#、10#、11#煤层，其中9#煤层为大部可采煤层，10#、11#煤层为全区稳定可采煤层。9#煤层厚度在0.62～1.25m，平均厚度0.93m，10#煤层厚度在0.74～2.85m，平均厚度1.40m，11#煤层厚度在1.01～2.55m，平均厚度1.54m。矿井投产前期主采9#、10#煤层，两层煤层间距在0～4.80m，平均为2.41m。9#、10#煤层夹矸等厚线示意如图1所示。

图1 9#、10#煤层夹矸等厚线示意图

2 采煤方法及工艺选择

对于9#、10#煤层采煤方法及工艺可供选择的有综采放顶煤（采10#煤放9#煤）和综采一次采全高。综采放顶煤采高一般在2.5m左右，采放比一般在1:2以上。该矿如果采用综采放顶煤，将使大量的矸石随煤流一起进入筛分车间，增加了运输、后续处理成本。而且随着采掘区域的延伸，在井田东部仅夹矸厚度接近5m，9#煤顶板为K2石灰岩，属坚硬顶板，对放顶煤不利，所以综采放顶煤不适合该矿。

如果按照常规思路，9#、10#煤层分别布置综采一次采全高工作面，由于该矿9#、10#煤层薄、间距小，在井田西部很有可能因上部9#煤层采空后引起下部10#煤层顶板破碎而导致无法支护，容易与采空区贯通，造成漏顶、漏风，影响矿井的安全生产，导致10#煤层无法正常回采，造成煤炭资源的浪费。所以有必要针对9#、10#煤层采煤方法及工艺在综采一次采全高的基础上进行优化。

2.1 井下采区划分

根据等厚线图可知，井田内9#、10#煤层夹矸厚度总体变化趋势是由西向东逐渐变厚。在4、5号拐点连线及其延长线以西区域9#、10#煤层夹矸厚度均在1.25m以下，而煤层及夹矸总厚度在3.8m以下。结合现阶段煤炭采掘设备情况，设计将井田4、5号拐点连线及其延长线以西区域内（以下简称西区）的9#、10#煤层作为合并层开采，采用长壁综采一次采全高采煤法，顶板管理采用全部垮落法。4、5号拐点连线及其延长线以东区域内由于9、10号煤层夹矸厚度逐渐变大，采用常规综采一次采全高采煤方法，10#煤顺槽支护工艺上采用工字钢梯形棚支护。

2.2 合并开采区主要设备选型分析及结果

根据该矿9#、10#煤层合采的特殊性，参考9#、10#煤层夹矸等厚线图及钻孔资料分析，井田西区内纯煤厚度平均为2.05m，夹矸厚度平均为1.00m，纯煤厚度与夹矸厚度比值约为2:1。根据矿井地质报告，9号煤层视密度为1.39t/m3，10号煤层视密度为1.45t/m3，10号煤层顶板（9号煤层底板）为泥岩，视密度为2.5t/m3。由此计算，9、10号煤层合采时，每采出1m3产品，其中成分为：

所以，每年所采出的产品中，原煤与夹矸的比例为1.136:1。为了保证矿井原煤产量，必须相应的加大采煤机、刮板机等主要设备及环节能力[2]。该矿核定生产能力为60万t/a，以此推算，9、10号煤层合采时，各环节设备能力应能达到120万t/a左右，这样工作面每年可产出纯煤约60万t/a。

在此基础上，井田西区回采工作面主要设备配套见表1。

表1 工作面及主要运输设备配套表

2.3 合并开采区顶板管理措施

（1）回采工作面初次放顶及收尾，必须制定安全技术措施，作业规程中要明确顶板管理方法、控顶距、初次来压和周期来压的特殊支护方式，以及初采初放和临近停采线时的顶板管理措施[3]。

（2）加强直接顶初次垮落及老顶初次来压期间的顶板管理，管理人员现场跟班，指挥工作面初次放顶作业，直至初放结束。

（3）在顶板来压期间，液压支架完好达到作业规程之规定，使支架处于良好的支护状态。

（4）由于9号煤层顶板为坚硬石灰岩顶板，回采中要加强对工作面推进长度内顶板岩性的研究和冒落性评价，难以冒落时设计采用超前深孔预裂爆破的方式处理坚硬顶板。

3 地面配套处理系统

由于采煤方法及工艺的调整，根据煤质分析，原煤灰分将达到52.03%，所以应同期建设配套选煤厂，在选煤厂中单独设置预先排矸环节，保证最终产品的质量。

4 结 论

（1）采用文中的采煤方法及工艺，已成功回采了10901、10902两个工作面，平均月产达9.2万t。开采实践验证了极近距离煤层合并开采的可行性，为类似地质条件下的煤层开采及设备选型积累了经验。

（2）极近距离煤层合并开采时，考虑到在生产过程中需截割、运输岩石，因此应适当加大主要生产设备的能力。

（3）极近距离煤层合并开采时，由于混入大量的矸石，会影响煤质，因此最好建设配套选煤厂或者增加预先排矸系统，确保矿井的效益最大化。