浅谈大柳塔煤矿“降本增效”技术实践

乔大良

(神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 神木 719315)

0 引言

煤矿企业经过近多年的快速发展，在“绿色环保”理念的推动下，取得了由粗放型到集约型方式的转变。大柳塔煤矿经过数代人不断努力，在发展过程中，重视解决环境与生产之间、安全与生产之间、生产与消费之间的多重矛盾，牢固树立“绿色环保、节能减排”的发展理念，提高矿井核心竞争力，积极探索，努力发现采煤新工艺、新技术，不断降低生产运营成本，持续推动煤矿企业节能减排的长足发展。大柳塔矿井2-2煤水库的利用，解决了5-2煤工作面水利用问题，取得了采空区废水到有用水之间的转换；井下矸石排放置换技术解决了井下矸石的排放问题，降低了运输成本，提高了工作效率；顺槽护巷煤柱部分回收技术及旺格维利采煤法的利用极大地提高了煤炭的回收率，减少了煤炭的浪费，降低了井下工作面采空区煤炭自燃可能性，提高了安全指数，推动了大柳塔煤矿安全、高效、绿色发展。

1 矿井的基本情况

大柳塔煤矿位于毛乌素沙地边缘乌兰木伦河两岸，地处神木县西北约62.5 km的大柳塔镇和中鸡镇交界处，井田面积189.9 km2，地质储量23.2亿t，可采储量15.3亿t。1987年10月建矿至今，一矿两井的产量每年均达到3 300万t，是一座特大型现代化高产高效矿井。该煤矿地表为流动性沙子及半固定沙覆盖，厚度达20～50 m，井田内地水不发育，植被稀少，主要含煤层延安组分布广泛，地质构造简单，断层发育少，赋存稳定，瓦斯含量低，瓦斯浓度0%～0.1%，属于低瓦斯矿井，近水平煤层，煤层倾角为1°～4°，煤层平均厚度在4～6 m，可采煤层为7层，主要煤层有5层(分别为1-2、5-2、4-2、2-2、1-2煤层)，煤层浅，1-2煤层距地面70 m左右，1-2煤层与5-2煤层之间的距离大约170 m左右。煤质具有低灰、低硫、低磷和中高发热量的特点，属于高挥发的长焰煤和不粘结煤，是优质的动力煤化工和冶金用煤。大柳塔煤矿和活鸡兔煤矿都采用联合开拓的方式开采，采煤方法为一次采全高的综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板；主运系统为胶带运输机斜井提升方式，大柳塔井采用抽出式、活鸡兔井采用压入式的通风方法。

2 节能减排方法与技术

2.1 建立2-2煤分布式水库

大柳塔煤矿第1个采空区储水设施于1998年建成，通过持续技术创新，提出了煤矿分布式地下水库的技术原理，攻克了一系列技术难题，创建了涵盖设计、建设和运行的煤矿分布式地下水库技术体系；在采空区储水技术的基础上，于2010年建成了充分利用采空区空间储水、采空区矸石对水体的过滤净化、自然压差输水的“节能型、循环型、环保型、效益型”的煤矿分布式地下水库，具有井下供水、井下排水、矿井水处理、水灾防治、环境保护和节能减排6大功能和优势。大柳塔煤矿分布式地下水库储水约710.49万m3，实现了矿井水不外排，有效保护了地下水资源。

因井下生产用水全部取自井下水库，不需地面供应清水，如图1所示，根据井下生产用水量统计，每年用清水量280万m3，节省费用4 200万元；井下生产污水实现了零升井，就不存在井下污水升井处理的费用，目前大柳塔井井下生产污水正常产生量为400 m3/h左右，每年因污水零升井就可以节约633.7万元；大柳塔井井下涌水量每年约350万方左右，井下水复用后，可节省排水电费约88万元；每年可节省泵房、管路维护人工费用约582.3万元；可节省管路维修、折旧费用496万元，每年可节约共计6 000万元，极大的降低了生产成本，实现了矿井内部水的重复循环利用。

图1 分布式水库地下工程实物图

2.2 井下矸石排放置换技术

多年来大柳塔煤矿利用神东矿区成熟的房柱式采煤工艺，将多个工作面回撤辅巷、顺槽与辅助运输大巷之间进行三角煤柱开采，或者在工作面顺槽掘进时设计同时掘进2个回风顺槽，既方便了后期工作面的安装，又可进行封闭后作为排矸巷使用。基于以上两种掘进设计提出了井下煤柱开采与井下矸石排放置换相结合，利用掘进后的排矸巷排放井下矸石。应用井下煤矸置换技术具有以下优点：运输距离短，井下车辆利用率低；减少燃料消耗，提高井下空气质量；减少运顺环节，降低运输成本；节约地面排矸用地，减少对环境的污染。每年大柳塔煤矿节约排矸费用和运输费用800万元。

2.3 优化巷道支护设计，降低支护费用

大柳塔煤矿是我国为数不多的“一矿两井”类型煤矿，分为大柳塔井和活鸡兔井。大柳塔井地质条件简单，煤层岩性稳定，一定时期内，巷道顶底板变形微小。传统的支护方法一般单从安全角度考虑未结合煤层地质条件盲目加大了巷道顶帮的支护，造成部分支护过的锚杆或者锚索未起到支护作用，浪费了支护材料，也降低了巷道掘进速度。大柳塔煤矿技术人员结合煤矿地质条件，大胆的优化了支护设计，扩大锚杆或者锚索的间排距，在保证安全前提下提高了区队掘进效率，优化了支护参数、减少了支护材料，节约了成本。以52602、52601回撤通道、回撤辅巷及联巷两帮支护变更为例来详细说明。52602、52601回撤通道原设计每排6根帮锚杆，变更为三花支护，即一排按照第1、3、5根锚杆，下一排支护第2、4、6根锚杆，依次类推，如图2所示；52602、52601回撤辅巷及联巷原设计每排4根帮锚杆，变更为三花支护，即一排按照支护1、3根锚杆，下一排支护第2、4根锚杆，依次类推，如图3所示；若掘进过程中，顶帮破碎严重，条件差的地方或出现断层、裂隙等地质构造时，在原设计基础上，按照现场条件补强支护。从以上叙述可以看出，掘进过程中，支护量基本减少了1/3，并且未降低对安全的重视，依据以上技术变更，大柳塔井连掘三队每月节省约500万元材料费，同时每月进尺平均增加200 m左右，极大的提高了掘进效率，降低了工人们的劳动强度。

图3 回撤辅巷及联巷支护变更平面图

图2 回撤通道支护变更平面图

3 提高煤炭回采率技术

3.1 顺槽护巷煤柱部分回收技术

使用原有的开采方式和设备布置方式，在采煤过程中，由于顺槽煤柱支撑巷道顶板，不能随意开采，随着采面的推进，支撑煤柱就进入了采空区，造成了20 m煤柱的浪费，降低了工作面的回采率。针对以上问题，大柳塔煤矿在掘进期间就进行了巷道的优化，将采面切眼延长至刮板机机尾顺槽煤柱内15 m左右，同时加强对剩余5 m煤柱的支护。依照以上采煤方法，实现了对尾巷顺15 m左右槽煤柱的回采，节约了煤炭，提高了回采率，延长了矿井的服务年限。

3.2 “刀把子”布置工作面切眼与旺格维利采煤法相结合回采工艺

大柳塔矿在布置工作面时根据断层及其它地质条件严密规划，为了回收靠近断层的煤柱，一般布置成“刀把子”工作面，大大减少了井下煤资源的浪费。如52601工作面是大柳塔煤矿5-2煤六盘区首采面，位于保安煤柱与F31断层之间，如图4所示。为了尽可能的回采断层与切眼之间的三角煤，优化了掘进设计，利用“刀把子”方式布置工作面切眼，又利用旺格维利采煤法回采切眼后方煤柱，提高回采率，减少了煤炭的浪费。

图4 52601工作面新掘进工艺布置平面图

3.3 依据煤层实际情况选择合理的采煤方法

选择合理的采煤方法对工作面的安全高效生产、经济效益的提高、回采率的提高都有重要的意义。大柳塔煤矿依据活鸡兔井及大柳塔井不同煤层厚度、倾角、瓦斯含量等内部因素及员工的整体素质、区队的管理水平及设备机械化程度的高低等外部因素选择了合理的采煤方法，如活鸡兔井1-2煤复合区煤层采用综放采煤法提高了回采率，降低了回采过程中危险系数；大柳塔井5-2煤五盘区7 m大采高工作面采用走向长壁后退式一次采全高综合机械化采煤法，即简化了回采的程序，又确保了高效、安全的生产。

4 结语

煤炭是我国主要的能源之一，在经济发展和人们生活需要等方面起着不可代替的作用，由于中国煤炭企业一直以来是粗放型的经济发展方式，每年导致煤炭消耗与浪费是非常巨大的。所以，探究煤炭节能减排现状，寻找新的采煤工艺和方法，走可持续发展的能源之路显得尤为重要。大柳塔煤矿积极响应国家号召，倡导“绿色、环保、节能”理念，在煤炭的开采中，降低了生产成本，提高了大柳塔煤矿企业自身生产效率和经济效益，同时，也为其他煤炭企业的发展树立了标杆。