郝万东

(中国煤炭科工集团太原研究院，山西 太原 030006)

东坪煤矿为具有60年开采历史的老矿井，资源整合后矿井批准生产能力为120万t/a。目前井田范围内4号、8号、9号煤层已经开采枯竭，15号煤层尚剩余部分资源，但剩余资源大部分为村庄下压煤、边角煤以及大巷保护矿柱，其中边角煤资源量1200万t。这部分剩余边角煤资源赋存点分散，储量较小，形状不规则，无法布置正规综采工作面。如何安全高效地开采这部分资源，延长矿井服务年限，是该矿目前亟待解决的问题[1-15]。

1 首采面煤层地质条件

首采工作面位于井田中部F6大断层附近，工作面西边为综采面采空区，东部和北部分别为秦贾村和刘贾村的村庄保护煤柱，工作面南部为刘贾村保护煤柱，首采工作面位置如图1所示。整个工作面为不规则梯形，面积1.7万m2，可采储量15.6万t。

图1 首采工作面位置

1.1 煤层

首采面主采15号煤层，该煤层位于太原组底部，厚度5.49～6.82m，平均6.15m，结构为简单～复杂，煤层倾角3°～5°，属于近水平厚煤层。煤层硬度f=2左右。煤层距地表100～120m。

1.2 顶底板

15号煤层直接顶为K2石灰岩，岩质细腻，坚硬，节理裂隙不发育，平均厚度9.75m。15号煤层直接底为灰黑色砂质泥岩，富含植物化石及菱铁矿结核，平均厚度6m，抗压强度8.8～12.4MPa，属软岩。

1.3 其它技术条件

1)瓦斯。根据瓦斯等级鉴定批复文件，瓦斯绝对涌出量为4.72m3/min、相对瓦斯涌出量2.00m3/t，二氧化碳绝对涌出量为5.86m3/min、相对涌出量2.47m3/t，瓦斯等级为低瓦斯矿井。

2)煤尘。根据鉴定报告，15号煤火焰长度20mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为35%，煤尘有爆炸性。

3)自燃倾向性。根据鉴定报告，15号煤吸氧量1.02m3/g，自燃倾向性等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层。

4)地温。井田内及周边地区未见地温、地压异常区，矿井生产实践中，地温、地压正常，属地温、地压正常区。

2 采煤方法与开采技术方案设计

2.1 采煤方法选择

以连续采煤机为主要开采设备的短壁机械化开采技术特别适用于不规则边角煤块段、各类煤柱的残采和复采、建筑物下压煤开采等。东坪煤矿15号煤层连采适应性评价分析见表1。由表1可知，东坪煤矿15号煤层地质赋存特点非常适宜采用连续采煤机进行开采。

2.2 开采技术方案设计

根据东坪煤矿15号煤层首采工作面地质赋存条件和地表建筑物分布情况，工作面考虑采用块段房柱式工艺布置方案，顶板按不垮落考虑。

表1 15号煤层连采适用性评价分析

2.2.1 巷道布置

在井田中央开拓大巷西北侧村庄保护煤柱内垂直开拓大巷方向布置连采工作面运输大巷和回风大巷，在到达工作面开采区域后，沿村庄保护煤柱边界布置首采面运输平巷，沿断层走向布置工作面回风平巷。在回风平巷与运输平巷间布置回采支巷，支巷与运输平巷布置呈60°，以便于设备运行。支巷间留设15m宽煤柱支撑顶板，相邻支巷间每隔27m(巷中对巷中)采用联巷贯通。各回采支巷和支巷间联络巷宽度均为6m。根据布置方案，回采区域内共布置回采支巷10条，联巷12条，工作面开采方案布置如图2所示。

图2 工作面开采方案布置图(m)

2.2.2 巷道断面与支护设计

整个回采工作面的巷道全部采用矩形断面，根据巷道的不同用途以及从方便工作面设备运行方面考虑，巷道断面设计如下：运输平巷与运输大巷断面：宽×高=5.5m×4.5m；拉底回采前支巷断面：宽×高=6m×4m；拉底回采后支巷断面：宽×高=6m×6.5m。

工作面巷道顶板全部采用Ф20mm×2200mm高强度螺纹钢锚杆支护，每排4根，间排距1500mm×2000mm。两帮采用Ф20mm×1800mm玻璃钢锚杆或圆钢锚杆支护，间排距1500mm×1500mm，每帮支护三根。锚索采用三花布置，排距4m。

支巷上分层掘进时，对支巷上分层顶板和两帮同时进行支护，回采下分层时，只回采不支护。

2.2.3 开采工艺

连采工作面的采煤包括支巷掘进与支巷拉底回采，全部由连续采煤机完成。工作面采掘顺序如下：掘进支巷1、 掘进支巷2及联络巷1和2、二次拉底回采支巷1、掘进支巷3及联络巷3和4、二次拉底回采支巷2及联络巷1、2，支巷掘进与拉底回采顺序如图3所示。如此往复直至整个工作面10条支巷拉底回采完毕。

图3 支巷掘进与拉底回采顺序

支巷回采工艺：回采支巷时，一次正规循环进尺6m，当遇到复杂地质情况或发育顶板及煤层时及时减小循环进尺，支巷采用切槽和采垛的方式完成6m宽巷道的掘进。支护与掘进平行作业，即连采机在支巷掘进时，工人在联巷进行支护作业，连采机在联巷掘进或在相邻支巷拉底回采时，工人在支巷进行支护作业。

支巷拉底回采工序：支巷采用连续采煤机挖底的方式进行底部煤层的拉底开采。其工艺是首先回采支巷上部4m高度煤层，边回采边支护，形成全风压通风系统后，再进行支巷下部剩余2.5m底煤的回采。其方式是在运输巷开口处，连续采煤机采用8°下山的方向掘进，待切割至煤层底后，连采机保持水平方向掘进，二次回采两帮不支护，连采机整个拉底过程中全部采用遥控器操作。拉底工序如图4所示。

图4 支巷回采与二次拉底工序(m)

2.2.4 工作面连采设备选择

根据东坪矿15号煤层特点，工作面选择了由中国煤炭科工集团太原研究院生产的成套连采装备。采煤机选择了EML340-33/55型大采高连续采煤机，该采煤机一次有效截割高度3.3～5.5m，每小时落煤量可达1000t以上。采用变频调速控制行走机构，启动扭矩大、过载能力强，爬坡能力强。

由于工作面不规则，回采支巷长短不一，故后配套运输设备选择SC15/182F型分体梭车，该梭车最大安全载重15t，采用拖电缆电驱驱动方式，满载运行速度8.2km/h，有效运行距离150m。工作面其它主要配套设备见表2。

表2 工作面配套设备

2.2.5 工作面运输系统

联巷掘进、支巷掘进和二次拉底回采时采用SC15/182F梭车、刮板输送机、DSJ100/63/2×45实现工作面至运输平巷最终到运输大巷带式输送机间的煤炭运输。

辅助运输设备主要是采用平板车或防爆铲运车从运输大巷经运输平巷运至连采工作面。

2.2.6 工作面通风系统

1)通风方式：运输平巷、回风平巷、工作面回采支巷掘进时全部采用局部通风机进行通风，支巷拉底回采采用全风压通风方式，拉底回采支巷2时通风方式如图5所示。

图5 拉底回采支巷2时通风示意图

2)通风路线：主井、副井→井底车场→井田开拓运输大巷→采区运输大巷→连采面运输平巷→支巷(矿房)开采工作面→连采面回风平巷→采区回风大巷→井田开拓回风大巷→回风斜井→风硐排出地面。

3)工作面配风量：工作面配风量既要满足稀释瓦斯和二氧化碳等有毒有害气体的要求，又要满足人员呼吸和巷道最小风速要求。计算工作面配风量为900m3/min。

3 经济效益

东坪煤矿从2018年初引进该套连采技术以来，工作面运行稳定，平均每月生产原煤2.5万，吨煤售价459元，每月实现经济收入1125万元。根据工作面设备配置和东坪煤矿现场实际消耗费用统计，每月机械费(主要包括设备折旧费、大修费、配件费、电费)为77.5万元，人工费每月(工资、福利)50万元，材料费每月(支护材料、油脂)26万元，折合吨煤直接生产成本为61.4元/t，经济效益可观。

4 结 语

以连续采煤机为主要开采设备的短壁开采技术在东坪煤矿取得了成功，该技术的成功实施，不仅为东坪煤矿可持续发展和延长矿井服务年限提供了技术解决途径，而且也为其它类似矿井的边角煤开采提供了很好的借鉴。