古城煤矿S1301工作面采煤工艺变更探究

白伟伟

(山西煤炭运销集团长治有限公司，山西 长治 047100)

潞安化工集团古城煤矿设计生产能力800万t/a，分两个盘区生产，服务年限74.1 a。古城煤矿主采3号煤层，属高瓦斯矿井。矿井地质构造简单，水文地质条件中等。3号煤层煤尘具有爆炸危险性，不易自燃。S1301工作面属于古城煤矿首采工作面，2012年由山西省发改委批复的初步设计中确定采煤工艺为大采高一次采全厚综采。

2018年，古城煤矿竣工验收前对矿井及配套选煤厂初步设计进行了变更。通过综合考虑多方面因素，S1301首采工作面采煤法由大采高一次采全厚综采变更为大采高放顶煤综采。下面针对采煤工艺的变更进行分析论证。

1 S1301工作面概况

S1301工作面3号煤层埋深531～667 m，平均600 m。煤层厚度4.25～6.76 m(含夹矸)，平均厚6.34 m，含泥岩、炭质泥岩夹矸0～2层，一般1层，其中距底板约0.80 m左右的一层平均厚度为0.22 m，夹矸发育较为稳定。煤层倾角3～18°，平均5°。煤层顶板为砂质泥岩、中-细粒砂岩，煤层底板为泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩、中粒砂岩，顶、底板均为半坚硬-坚硬岩石。

2 采煤工艺影响因素分析论证

2.1 生产能力方面

近年来，潞安化工集团下属煤矿中的高河矿、余吾矿等矿井的综采工作面均采用放顶煤采煤工艺，其工作面单产均能达到400万t/a，王庄煤矿大采高一次采全厚实验工作面单产也达到了400万t/a。古城煤矿与上述矿井相邻，其开采技术条件与其类似，两种采煤工艺均有条件使工作面生产能力达到400万t/a。

2.2 生产安全方面

3号煤层属于较软煤层，煤层倾角3～18°，平均5°，局部倾角大。对于大采高一次采全厚采煤法来说，煤质软，开采过程中煤壁容易片帮；煤层倾角大容易造成支架倾倒，安全隐患较大。对于放顶煤采煤工艺来说，软煤冒放性比较好，放顶煤支架相对低，在煤壁片帮和支架倾倒上管理难度相对较小。

2.3 回采率方面

S1301工作面3号煤层厚度4.25～6.76 m，平均6.34 m。若采用大采高一次采全厚综采工艺，工作面回采率能达93%以上；如采用放顶煤采煤法，采煤机割煤回采率按照97%计算，顶煤回收率87%，工作面综合回采率可达到93%.回采率方面两种工艺均能满足国家有关规定。但是古城全井田3号煤层厚度3.35～10.25 m ，平均厚度6.28 m，煤层厚度变化大，放顶煤开采在资源回采率方面会略有优势。

2.4 顶煤冒放性方面

2.4.1 煤层埋藏深度

煤层埋藏深度即煤层开采深度，不同强度的煤层有不同的临界开采深度[1]。宏观上，开采深度小于100 m的煤层，冒放性差；开采深度大于400 m的煤层，冒放性好。古城煤矿S1301工作面3号煤层埋深531～667 m，冒放性较好，适用放顶煤开采工艺。

2.4.2 煤质软硬度

根据国内外相关研究分析可知，矿井开采煤层的煤质软硬度对采煤工艺的选择至关重要。一般来说，软煤(f≤1)可放性最好，其垮落块度一般在0.2～0.3 m及以下；中硬煤(f=1～2)可放性较好，垮落块度一般在0.3～0.6 m；硬煤(f≥2)的可放性最差，垮落块度经常大于1.0 m，直接造成支架后方常有悬空顶煤，导致放出率低。

古城煤矿S1301工作面实测煤层普氏系数f为0.38～0.65，f≤1，可放性最好，适合采用放顶煤开采。

2.4.3 煤层厚度

煤层厚度对顶煤冒放性的影响，实质上是综放工作面采放比的影响[2]。顶煤过薄，随采随冒，容易造成超前漏顶，顶板支护困难且影响煤质；顶煤过厚，在放煤过程中因采动影响小而不易垮落。所以，合适的采放比对顶煤冒放起到至关重要的作用。

古城煤矿S1301工作面割煤高度3.8 m，放煤高度2.54 m，采放比为1∶0.67，顶煤适中，冒放性好。

2.4.4 煤层夹矸

对S1301工作面3号煤层夹矸存在的基本情况分析可知：

1) 3号煤层中的泥岩、炭质泥岩夹矸的特点是分层厚度小，多在0.1 m以下，呈片状垮落，且夹矸强度较低；

2) 3号煤层夹矸多位于煤层下部，在放顶煤开采中，下部夹矸多为采煤机截割，不影响冒放性；

3) 对放顶煤开采而言，0.3 m以下夹矸层多呈片状或板状垮落，对冒放性影响不大。

故，S1301工作面采用大采高综采或放顶煤综采均可。

2.4.5 煤体节理裂隙发育

煤体节理裂隙发育程度直接影响顶煤的冒放性，节理裂隙越发育，顶煤的冒放性就越好，越易放出；反之，不易放出[3]。

根据S1301工作面现场观测可知，工作面及巷道两帮片帮较多，煤层节理比较发育，有利于顶煤的冒放。

2.4.6 煤层瓦斯影响

根据井下现场实测S1301工作面煤层瓦斯含量最大值15.3 m3/t，为高瓦斯矿井。古城煤矿在工业场地建有地面永久瓦斯抽放泵站和地面高、低负压瓦斯抽放系统，掘进面采用迈步式钻场、迎头预抽的瓦斯抽采方法，回采工作面采用本煤层预抽、高抽巷抽采的瓦斯抽采方法，老采空区全封闭抽采的瓦斯抽采方法，对巷道布置方式进行了优化，在3号煤层顶板裂隙带内靠近回风巷一侧增设1条瓦斯高抽巷，针对煤层瓦斯防治设计采取了有效的防治措施。从煤层瓦斯防治角度分析，采用大采高综采或放顶煤综采均可。

2.5 《煤矿安全规程》符合性

S1301工作面3号煤层属缓倾斜、倾斜煤层，工作面采放比为1∶0.67，采区或工作面采出率达到设计规范要求，3号煤层瓦斯预测为高瓦斯，顶板较软，冒放性较好，水文地质类型为中等，放顶煤开采不存在导通地表水、老窑积水和强含水层。

2.6 实践经验方面

古城煤矿周边的潞安化工集团下属常村煤矿、王庄煤矿、余吾煤矿、高河煤矿等都采用综采放顶煤开采法。相对来说，潞安化工集团在综采放顶煤技术的应用上开发较早、技术娴熟、队伍成熟。在煤层地质和生产能力允许的条件下推荐S1301工作面采用综采放顶煤开采法。

3 结 语

综上所述，古城煤矿S1301首采工作面采用综采放顶煤采煤法可以实现安全生产、高产高效、节约投资的目标，同时借鉴周边高河矿、余吾矿超长工作面的生产经验，设计变更中推荐S1301首采面采煤方法由大采高一次采全厚调整为综采放顶煤采煤法是可行的。

古城煤矿2019年底竣工验收，目前已安全生产近两年。实践也证明，综采放顶煤采煤法在S1301工作面应用可行。