摘要：汝箕沟无烟煤分公司主要开采优质无烟煤，无烟煤属于国家稀缺煤种。由于其储量低，且不可使用其他煤种替代等因素，国家规定需有效保护我国稀缺性煤炭资源，提高稀缺煤种的回采率。本文主要就汝箕沟无烟煤分公司白芨沟煤矿，特厚煤层综合机械化放顶煤开采工艺及综合机械化分层开采工艺的应用情况，从回采率、成本投入、瓦斯治理、火灾防治等方面进行对比分析。同时简要阐述了分层顶板管理、瓦斯治理、内因火灾防治等方面的方法，经白芨沟煤矿实践应用，技术成熟，能为特厚煤层分层开采提供可靠的经验。
关键词：特厚煤层；综合机械化放顶煤开采；综合机械化分层开采；顶板管理；瓦斯治理；内因火灾防治
1 汝箕沟无烟煤分公司简介
汝箕沟无烟煤分公司位于宁夏石嘴山市境内，其中白芨沟煤矿位于汝箕沟矿区北部。井田南北走向长约6.3km，两翼宽约1.78km，面积约11.27km2，生产能力160万吨/年，为高瓦斯矿井。煤层自然倾向性为不易自然，煤层自然发火期为273天，煤尘爆炸指数9.41%-9.52%、无爆炸性。矿井最大涌水量0.1m3/min，正常涌水量为0.05 m3/min。主采煤层平均厚度20.6m，煤质为低灰、低硫、低磷、高发热量、高机械强度、高比电阻、高块煤率、高化学活性、高精煤产率的优质无烟煤。
2 特厚煤层的开采方法及优缺点
特厚煤层具有煤层厚度大、资源储量高的优势，矿井回采期间可缓解准备巷道掘进压力。目前国内针对特厚煤层开采工艺主要采用：综合机械化放顶煤开采和综合机械化分层开采。
白芨沟煤矿原2321及2421区段均采用综合机械化放顶煤开采工艺，每个区段划分为两个分层进行回采，每个分层采高为10m。两个分层均采用综合机械化放顶煤开采工艺，采放比为3：7。白芨沟煤矿010201及010202区段采用综合机械化分层开采工艺，每个区段划分为六个分层进行回采，每个分层采高为3m～3.5m。
2.1 综合机械化放顶煤开采工艺在白芨沟煤矿应用存在的优缺点分析：
2.1.1 优点
（1）工作面割煤与放煤可同步进行，同时工作面采放比达到3：7，工作面的采高较大，生产效率和经济效益较高。
（2）放顶煤开采期间只需首分层回采时铺联双层金属网，较分层开采前3个分层铺联金属网，节省了铺网费用。且两巷支护材料投入均较分层开采有所节省。
（3）较分层开采，放顶煤开采工艺回采巷道掘进量大幅减少，巷道掘进机维护费用低，采掘接续平稳。
（4）放顶煤采煤法比分层开采减少了工作面安装及回撤各4次，减少了搬家倒面成本，提高了安全系数。
2.1.2 缺点
（1）由于白芨沟煤矿开采的原煤具有高机械强度且煤层裂隙发育较弱，放顶煤开采时顶煤不易垮落，造成原煤采出率低，特别是在工作面初采及末采期间。2321及2421区段平均采出率在65%左右，煤炭资源损失极多。
（2）由于采出率低，采空区内遗煤多，且工作面服务年限长，在下分层回采期间，采空区内已存在自燃现象。
（3）拉架时架间漏煤危机架前作业人员安全，且架间漏煤及架后放煤造成工作面粉尘浓度大。
（4）支架尾梁后方容易造成瓦斯超限，且由于顶板或顶煤垮落不及时，尾梁后方悬顶面积大，容易造成瓦斯积聚，瓦斯管理困难。
（5）架后放煤时容易将矸石混入煤中，原煤含矸率高，灰分增加。
2.2 分层开采工艺在白芨沟煤矿应用存在的优缺点分析：
2.2.1 优点
（1）原煤采出率高，经分层开采，每个分层采出率达到97%以上，010201及010202区段平均采出率在95%以上，煤炭资源损失较少。
（2）采空区遗煤少，不会造成采空区内自燃等灾害。
（3）分层开采期间通过施工瓦斯抽放钻孔，可抽排煤层中的部分瓦斯，且首分层开采后通过采空区内抽排、施工瓦斯抽放钻孔等措施，可有效抽排下部分层瓦斯，利于瓦斯管理。
（4）工作面采高较小，回采期间工作面煤壁压力显现小，煤壁稳定，不存在片帮现象，利于工程质量及安全管理。
（5）随着首分层的开采，老顶已破断、垮落，下部分层回采期间不会存在老顶初次来压及周期来压现象，利于顶板管理。
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（6）金属网假顶能够有效隔离原煤与顶板矸石，所以采出的原煤煤质稳定，含矸率低，010201及010202区段采出原煤灰分均在13.5%以下。
（7）工作面两巷顶板简单，首分层两巷采用锚网+锚索联合支护，下部分层两巷采用工字钢金属支架对棚支护，支护强度高，巷道维护工程较少。
2.2.2 缺点
（1）较综合放顶煤工作面，分层开采工作面单产较低，但目前随着开采工艺的优化及岗位标准作业流程的推行，分层开采工作面单产有所显著提高。
（2）铺联金属网材料投入较大，较综合机械化放顶煤开采需多铺联3～4层金属网。且支架尾梁后方空间狭小，铺联网无法实现机械化作业，需人工进行铺联网作业。作业人员劳动强度大，作业环境差，同时人工铺联网存在金属网张紧度差，联网质量低，造成下部分层开采期间容易沉网。
（3）工作面服务年限短，工作面安装、回撤频繁，因搬家倒面所需投入成本大，且安全管理难度增加。
（4）分层开采所需回采巷道掘进工程量大，每个分层均需掘进运输顺槽及回风顺槽。
（5）为保证矿井采掘接续，上分层回采期间必须进行下分层工作面的准备及安装工作，所以区段内需布置运输横川及回风横川，用于形成完整的回采系统，增加了掘进工程量。
综上分析，分层开采由于其回采率高、易于瓦斯管理、顶板管理简单、原煤煤质较好等因素，所以更适合于汝箕沟无烟煤分公司白芨沟煤矿工。
3 白芨沟煤矿分层开采工艺
3.1 顶板管理
3.1.1 首分层回采期间，铺联双层金属网，作为下部分层回采时的金属网假顶，由于金属网容易锈蚀，所以在第二分层回采期间再次铺联双层金属网，第三个分层回采期间只需在顶网破损位置补联网，第四个分层回采期间再次铺联网，其余分层不需铺网。
3.1.2 工作面运输顺槽及回风顺槽均沿金属网假顶掘进，掘进期间挂顶网，两巷均采用工字钢金属支架对棚支护，工字钢顶梁上方架设木板梁，防止架间沉网。
3.1.3 首分层回采期间对采空区内灌注黄泥浆，泥浆将采空区底部破碎的矸石与金属网包裹，形成再生顶板，可保证下部分层回采期间顶板的完整性。
3.2 瓦斯治理
3.2.1 在集中回风巷内向工作面施工穿层钻孔，可在区段回采前2～3年提前抽放工作面瓦斯。
3.2.2 运输顺槽及回风顺槽掘进后，在顺槽内施工顺层钻孔，提前抽放煤壁内瓦斯。
3.2.3 在回风顺槽内埋设瓦斯抽放管路，随着工作面的回采，利用瓦斯抽放管路抽排采空区内的瓦斯。
3.2.4 首分层回采前，在煤柱内部施工与回风顺槽平行的瓦斯治理巷，瓦斯治理巷与回风顺槽之间每隔50m布置一处联络巷，通过联络巷抽排采空区内瓦斯。
3.3 内因火灾防治
3.3.1 除首分层外，工作面下部分层顺槽掘进后均采取喷浆处理，在巷道顶板喷黄泥浆，形成黄泥隔绝层，减少采空区内漏风，可降低采空区内煤炭自燃几率。
3.3.2 工作面回采期间在端头支架尾部托管注氮气，惰化采空区内气体。
3.3.3 自工作面上隅角采空区内及地表山头裂隙处注水灌浆。
3.3.4 工作面两巷施工防火门，以便发生火灾后快速封闭火区。
3.3.5 在两顺槽布置紧急注液氮系统，以防工作面突发火灾事故。
结束语：
从提高无烟煤资源回采率，减少稀缺煤炭资源损失，有效治理特厚煤层瓦斯，防止采空区内遗煤自然等方面分析，综合机械化分层开采更适合于汝箕沟无烟煤分公司白芨沟煤矿。分层开采期间，采用铺联金属网、两巷架设工字钢金属支架等方法可有效控制顶板，同时分层开采有利于瓦斯治理及内因火灾防治。
参考文献：
[1]徐永圻. 《煤矿开采学》中国矿业大学出版社
[2]付开友. 特厚煤层分层开采技术探讨.《地球》2015（4）
[3]翟德元. 特厚煤层分层开采技术研究.《中国煤炭》2008（12）
[4]严贤红. 倾斜特厚煤层开采设计实践.《采矿与安全工程学报》
论文作者:王建祥
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/14
标签：工作面论文; 瓦斯论文; 采空区论文; 煤层论文; 顶板论文; 白芨论文; 无烟煤论文; 《基层建设》2018年第21期论文;