西山登福康煤业井下配采方案的应用

曹 宽

（山西临汾西山能源有限责任公司，山西 临汾 041000）

西山登福康煤业由地方煤矿重组而成，地方煤矿开采历史较久，矿井现开采+940m水平一采区中组煤（5#煤）。中组煤按三条开拓大巷布置，构成贯穿全井田的开拓生产布局。目前开采15101工作面，接替工作面15106工作面。井田内，上组煤（2#、3#煤）距中组煤（5#煤）平均间距27.5m，层间距较近，且上组煤（2#、3#煤）存在大量采空区。在对5#煤层钻探过程中发现该区域存在2#、3#煤层的实体煤，查明的2#、3#煤层资源储量(111b+122b+333)1361.7kt，其中探明的经济基础储量（111b）1230.1kt，推断的经济资源储量（333）131.6kt。

井田内2#、3#煤层为低灰、低硫的肥煤，煤质好，煤价高，属优质配焦煤。为避免资源浪费，矿井拟开采井田内2#、3#煤层，以达到“提高资源回收率，扩大矿井经济效益”的目的。矿井现采的5#煤层，煤层厚度0.45%1.32m，平均0.89m，属薄煤层，工作面生产能力偏低。5#煤层原煤全硫含量在0.69%～5.35%之间，平均为1.68%，属低中硫煤至高硫煤。

一采区2#煤层厚度1.25～1.67m，平均1.38m，属中厚煤层，原煤全硫含量在0.36%～0.60%之间，平均为0.41%，属特低硫煤。一采区3#煤层厚度1.17～2.0m，平均1.58m，属中厚煤层，原煤全硫含量在0.31%～0.47%之间，平均为0.37%，属特低硫煤。

为将煤炭产品的硫分降低，使煤炭产品适应市场能力增强，综合利用率提高，计划对三个区域的煤炭进行综合配采研究。

1 各煤层配采比重的选择

为了提升煤炭品质，在进行配采作业时需要合理的配采比例。在进行煤层配采比重选择时，需要遵循配采后的煤炭必须充分满足产品硫分和燃烧时的发热量需求[1-2]。根据登福康煤业的要求，配采后的原煤内的硫分需要控制在0.8%以下，同时单位重量的煤炭燃烧时候的发热量需要达到30.52MJ/kg。在满足煤炭硫分和燃烧发热量的基础上，需要增加劣质煤的配采量，从而达到快速消耗劣质煤的目的。经过多次试采并结合2#、3#煤与5#煤层的综采设备分布和综采能力，确定了最佳的配采方案。各煤层的配采方案分布如表1所示。

表1 不同煤层的配比方案

2 登福康煤业配采方案设计

在进行配采设计时，需要充分考虑配采的经济性，因此在进行配采方案制定时充分考虑了各个煤层现有的地质条件和综采作业设备，以“分区、分层、独立开采”的匹配原则[3]，采用了“立井拓展”方式实现对2#、3#煤层的连通，满足于5#煤层的配采需求。

在配采设计方案中，登福康煤业在充分利用2#、3#煤层现有井筒的基础上，采用了立井拓展延伸的方案，统一开采到5#煤层内，将主要的综合配采巷道放置在5#煤层中，以3#煤层为辅助巷道煤层，实现对2#、3#、5#巷道的综合开采，最终形成“一进一回”两组综采大巷道，同时在2#煤层巷道内设置回风巷和辅助运输巷，形成一个连续性的综合配采运输系统。

由于5#煤层的平均厚度仅0.89m，属于典型的薄煤层，2#煤层和3#煤层平均厚度在1.4m左右，属于中厚偏薄煤层，因此根据其煤层赋存特性，最终选择了采用下行开采的次序对井下煤层进行配采。在进行配采的最低层间距设定时，引入了最小配采安全距离的概念，即在进行配采时要留有一定的安全距离，从而确保综采作业过程中煤层的稳定性。最小配采安全距离Hmin可表示为[4]：

式中：

K-煤层顶板安全系数，取6；

M-综采面煤层的平均厚度，m；

α-煤层倾角，（°）；

当在综采作业时，Hmin=6×1.4×0.82=6.88m＞0.89m，因此满足井下安全综采作业的需求，证明了所选择的下行开采技术方案的正确性。

在该配采方案中为了确保配采作业的连续性，可先对2#、3#煤巷进行综采作业，待过渡到5#巷道后再实现全面的配采，确保达到60万t/a的综采作业能力。为了降低配采的成本，在2#、3#巷道处均采用现有的综采技术设备，而将3#和5#处采用联合开拓的贯通联巷布置结构，也就是在5#巷道内设置联动输送带大巷、轨道大巷等，5#巷道内的煤炭综采作业完成后利用输送机传输到3#巷道内，完成煤炭在开采过程中的联动配采，节约井下配采时间，提高开采效率。

3 井下顺槽面布置方式的优化

随着配采作业的继续，综采面巷道深度不断加大。由于采用了立井连通方案，会导致煤矿井下综采作业面内的空气流通性变差，特别是随着瓦斯涌出量的不断加大，给煤矿井下综采作业带来了严重的安全隐患。因此在加大对井下瓦斯浓度监测和增加瓦斯抽采量的基础上设计了双“U”字结构的配采通风方案，将输送带进风槽、辅助运输巷回风顺槽、辅助运输巷进风顺槽、辅助回风顺槽进行联通，形成了一个综合通风压差系统，利用回风通道前后的压力差实现高效的通风，确保综采作业面瓦斯浓度保持在安全水平，有效解决了瓦斯集聚现象。双“U”结构通风布局方式如图1所示[5]。

图1 配采面双“U”通风布局结构

4 登福康煤业配采方案应用效果

登福康煤业2#、3#、5#配采项目建设总资金6708.03万元，其中：井巷工程1714.12万元，机电设备购置3643.05万元，安装工程336.77万元，其他基本建设费用435.78万元。投入使用后配采期间，2#、3#煤层实现产能30万t/a，5#煤层实现产能30万t/a。自投产以来综采作业稳定，配采后的煤炭质量有了显著的提升，实现了“薄厚配采，高硫低硫配采”的设计目标，极大地提升了登福康煤业的综采经济效益，减少了煤炭资源的浪费。该配采方案因地制宜，驱动了良好的效果，目前已得到了广泛的应用。

5 结论

针对西山登福康煤业2#、3#煤层为特低硫煤的中厚煤层和5#煤层为薄煤层的特性，提出了“薄厚配采，高硫低硫配采”方案，结果表明：

（1）煤层配采比重选择需要遵循配采后的煤炭必须充分满足产品硫分和燃烧时的发热量需求。经过多次试采并结合2#、3#煤与5#煤层的综采设备分布和综采能力，确定了7:8:15的配采方案。

（2）在进行配采设计时，充分考虑配采的经济性，以“分区、分层、独立开采”的匹配原则，采用了“立井拓展”方式实现对2#、3#煤层的连通，满足5#煤层的配采需求。

（3）采用双“U”字结构的配采通风方案，能够有效地解决综采面瓦斯集聚现象，确保作业安全。