1、概況

厚煤層( 大于 3.5米)具有儲量優(yōu)勢，也是實現工作面、礦井高產高效的基本條件，然而目前世界各國在厚煤層開采方面大都沿用傳統(tǒng)的分層開采方法，沒有將厚煤層的儲量優(yōu)勢轉化為產量和效益優(yōu)勢，為了大力發(fā)展厚煤層的儲量優(yōu)勢，大同煤礦集團公司2002年上馬一套以國產為主，關鍵設備引進的大采高綜采設備。

大同礦區(qū)5米厚煤層儲量豐富，僅大同煤礦集團公司所采區(qū)域的可采儲量就達1.75億噸，因此通過技術創(chuàng)新研究探索該類煤層的開采方法，進行一次采全高技術裝備與配套工藝攻關，實現這一厚煤層的高產高效，高資源回收率的開采，成為大同煤礦集團公司函待解決的技術難題。

2、地質情況

2.1　盤區(qū)概括

四老溝礦14#層404盤區(qū)位于井田西北部,煤層厚3.5～8.84米,盤區(qū)采用雙翼布置,走向長2400米,傾向長度1804～2334米,平均20676米,蓋山厚度214～387米,平均320米。

2.2　煤層條件

據已掘14#層404盤區(qū)巷道實測見煤點及盤區(qū)21個鉆孔資料分析,盤區(qū)巷東部煤層厚度3.5～8.84米,厚度變化大,煤層結構單一;西部煤層厚度3.57～5.41米,平均4.59米。14#層為暗煤、亮煤為主。原煤灰分8.79%,屬低灰煤;硫分含量平均都低于1%、為0.89%;發(fā)熱量6333千卡/公斤,煤種為二號弱粘煤。

2.3　地質構造

該盤區(qū)地質構造簡單,地層傾角平緩,一般3～5°,盤區(qū)內共有斷層4條,落差大于5米1條,落差1～2米3條,其中最大一條斷層在14#層404盤區(qū)東翼,落差2.0～6.8米。本區(qū)地質大同向斜軸影響,有褶曲構造,對開采影響不大。盤區(qū)西翼有火成巖墻出露,對其兩側煤層有烘烤現象,但對煤層開采影響不大。

2.4　頂底板情況

偽頂為灰色粉砂巖,厚0.35米;直接頂以灰白色細耱巖及中粗巖為主,層厚0.79～6.8米,平均6.68米;老頂為深灰色粉耱巖互層,層厚12.8米以上;直接頂為灰褐色粉耱巖,層厚0.95～9.87米,平均2.76米。

2.5　上覆下浮采掘情況

盤區(qū)西部小窯正開采11#層,北部城區(qū)達子溝開采11#層和14#層。本盤區(qū)除2#、11#、層工采外,其余大部分煤層厚度小于0.8未采,2#層距本層間距192米,11#層距本層間距28.5米左右。

2.6　水文地質條件

地表屬里河水系,本層及上覆11#層頂底板巖石中無含水層,低沼氣煤層,煤層爆炸指數40%。

2.7　儲量

2000年底核實確定14#層盤區(qū)工業(yè)儲量2941.0萬噸,可采儲量1711.2萬噸。404盤區(qū)工業(yè)儲量1295.3萬噸,可采儲量753.7萬噸。404東盤區(qū)工業(yè)儲量1646.7萬噸,可采儲量957.5萬噸。

3、采煤工藝

3.1　設備選型

采煤機使用德國艾柯夫生產的SL-500型雙滾筒搖臂式。支架使用ZZ9900/29.5/50支撐掩護式,由北京煤機廠和鄭州煤機廠生產。刮板輸送機使用SGZ1000/1050型轉載機使用SZZ1000/375型。皮帶自移尾裝置ZY2700型均由張家口煤機廠生產。皮帶使用SSJ1200/3×250G由廣東石龍煤機廠生產。

3.2　采煤工藝

采煤機割煤采用雙向割煤法,前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤，采高一般控制在4.8米左右,大于4.8米煤層留頂煤開采,小于4.8米見頂見底。工作面采用正循環(huán)作業(yè)方式，采煤機進刀采用在工作面頭、尾割三角煤的斜切進刀方式，其工藝過程為：頭、尾部斜切進刀-正常割煤-移架-移溜。

3.3　巷道布置

工作面采用雙巷布置方式,巷道沿傾向布置,切眼沿走向布置。機軌合一巷 寬×高=5.0×3.5,用于出煤、進風蒹存放設備列車。軌道巷道 寬×高=4.3×3.5,用于運料、回風。切眼寬×高=8.4×4.0,一次成巷。巷道采用錨栓、錨索聯(lián)合支護方式，另加金屬網和護幫網，錨索長度6.3米,錨栓長度2.0米。

4、頂板管理

工作面高度增大以后，工作面的礦山壓力顯現規(guī)律以及對開采工藝的影響有其特殊性。

4.1　工作面來壓規(guī)律觀察

　首采工作面8402當工作面推進20米時,古塘偽頂全部垮落,同時直接頂開始垮落,推進至30米時,工作面中部30#-86#架古塘直接頂基本垮落,結合切巷的支護情況判斷直接頂初次垮落步距在22-36米,平均為25米。

當工作面推進至53-57米時工作面老頂初次來壓，基本頂初次來壓時來壓預兆不大明顯，壓力顯現時工作面中部較尾部明顯，尾部較頭部明顯動載系數為：中部1.21,尾部1.16,頭部1.08。來壓后，中部有個別支架安全閥開啟，根據老頂分級指標結合老頂初次來壓步距為54.5米，判斷在工作面老頂屬于Ⅱ級來壓明顯。

工作在開采800米段過程中，進行了全面的礦壓觀察，從觀察結果來看，本工作面周期來壓始終基本頂中部來壓次數多且強度大，頭、尾部來壓次數少且強度小，來壓強度的平均為1.26,周期來壓步距在15-28米之間,平均16.5米。）

4.2 采空區(qū)頂板管理

工作面開采采空區(qū)頂板管理方法為自然垮落結合人工強制放頂,初次放頂步距為28米,步距放頂為20米。

初次放頂步距參數表

4.3 頂板管理技術措施

兩順槽及切巷防護措施：超前支護由原20米,增加到50米,雙排單體支柱,對上方煤柱地段進行加固,架設工字鋼棚或錨索帶工字鋼梁。

機道頂板護幫：因本工作面見頂見底，割平頂板底板，頂板破碎時實行超前移架，擦頂移架等方法，盡可能確保機道頂板完整。

工作面內特殊地段機道過渡段落的頂板管理，由于兩順槽沿底留頂，掘巷高度3.5米，工作面采高4.8米有一段高差，所以工作面頂板要以一定的角度緩慢過渡到兩順槽頂板，即從順槽頂板起2°起坡緩慢過渡到工作面采高，頭尾過渡段一定要保持坡度平緩，避免突變臺階，保證支架頂梁接頂效果。

過上層煤柱安全技術措施：上覆11#層距本層間距平均30米，上部有兩條20～30米的煤柱，在開采過程中，過煤柱壓力顯現特別明顯，片幫深度最大達到2米，安全閥80%開啟，采取調斜工作面，打開二級護壁板，提高初撐力等措施。

5、經濟效益評價

①由于采高增大,大大提高了現有區(qū)段煤炭開采率,以14^#層404盤區(qū)

煤層厚3.5～8.84米,原設備開采3.2～3.3米,對于平均煤厚5.1米煤層,損失1.8米,厚度損失占35.3%,按此計算,盤區(qū)僅煤厚損失就達600萬噸,采用于4.8米一次采全高,僅煤厚度的回收就可提高30%,并與回收可采原煤513萬噸。

②根據8402工作面生產情況,因受全礦環(huán)節(jié)能力影響,大采高日產可達8000噸/日。

經濟效益:設備投資回收期短,投資利潤高;設備投資1.1億元,按全

礦成本80元/噸計算噸煤銷價110元,全年效益200×30=6000萬元,投資利潤率6000/11000=54.5%。工效:81噸/（工、天）。

6、結論

實踐表明,大采高一次采全高工作面取得了較好的技術經濟效果,一般情況下,其主要的技術經濟指標要優(yōu)于分層綜采工作面,大采高綜采工作面的單產要比同一煤層條件下的分層綜采工作面提高2.6～4倍,而開采工效則要高16倍,堅硬頂板條件下的一次采全高,已在技術經濟上體現出明顯的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?并為降低掘進率、緩和采掘關系、簡化生產環(huán)節(jié)和安全生產提供了條件。因此,在大同礦區(qū)“兩硬”條件下進行采高5米的開采具有示范和推廣意義。