含夹矸煤层回采设计综述

doi：10.11799/ce201312059

煤炭工程设计技术

含夹矸煤层回采设计综述

李以虎，王晓勇，何峰华

（煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东济南253200）

要：随着煤炭资源不断枯竭，开采含夹矸煤层逐渐成为煤矿维持产能的一个重要保证，

文章针对薄煤层、中厚煤层、厚煤层中的煤矸组合，提出不同的机械化回采工艺；并进一步对含

摘

厚夹矸的厚煤层，甚至是特厚煤层，提出了厚夹矸煤层分采分运技术，解决了薄煤层接续困难的问题，同时保证了矿井的产能。

关键词：夹矸煤层；机械化回采；近距离煤层；综采

0029-03中图分类号：TD823文献标识码：B文章编号：1671－0959（2013）S2-我国多数矿区都赋存有含夹矸煤层或极近距离煤层，当开采这类煤层时，由于地质条件的影响，适用高效的综采回采工艺存在较大难度，有些煤矿在回采含夹矸煤层时，不得不采用炮采落煤、人工攉煤、单体支柱支护等落后的采煤方法，这种方法存在着生产效率低、工人劳动强度大、支护技术落后、作业环境安全条件差、无法实现安全高效生产等问题，严重影响着含夹矸煤层开采的安全高效。近年来，一些较老的煤矿通过不断实践含夹矸煤层开采的技术和工艺，创新提出的多种含夹矸煤层的开采方案，具有重要的参考价值。

层，然后再截割夹矸层和较薄的煤层。但是这两种开采工艺仍然存在截齿损耗较多、采煤机维修周期短、煤矸洗选难度大等诸多问题。

当夹矸靠近顶板或者底板一侧或f≥4.5时，推荐放弃较薄的顶煤（或底煤），而是基于经济原则，通过引入刨煤机、截煤机或爬底板式采煤机，将较厚的底煤（或顶煤）作为极薄煤层开采。

3）h夹矸＞400mm时。当煤层中夹矸厚度大于整个煤层厚度1/3时，应该对整个煤层开采进行经济技术比较，在经济技术可行的条件下，再选用炮采的方式对整个煤层开采，或者对较厚的煤层作为极薄煤层进行开采。

1不同煤矸组合条件下回采工艺设计

在不同的成煤环境下，含夹矸煤层的煤矸组合不同，

1.2中厚煤层

不同煤矸组合中厚煤层的回采工艺设计如下：

1）h夹矸＜200mm。当f夹矸＜4.5时，设计推荐直接采用

一般煤层中多数都会含有夹矸，但是这些夹矸厚度较薄，且不稳定，对综采影响较小。当单层夹矸厚度大于200mm，且在煤层中较稳定时，就会对整个煤层使用综采技术形成较大影响，下面将针对不同的煤矸组合，提出不同的机械化回采工艺。

大功率滚筒采煤机截割；当f≥4.5时，需要预先对夹矸层放炮预裂后，再使用采煤机截割。

2）200≤h夹矸≤500。当f夹矸＜4.5时，需在夹矸层放炮预裂的基础上，采用大功率滚筒采煤机截割。如果夹矸硬度属极软岩石，可以将整层煤层分为两层，先截割下层煤（或上层煤），然后再截割夹矸层和较薄的煤层，如图1所示。当f≥4.5时，必须要对夹矸预先爆破松动后再用采煤机截割，如果采煤机截割仍然存在较大难度时，应该对整个煤层采用炮采机装工艺，即回采采用炮采工艺，装煤采用采煤机装煤，提高采煤效率。

如果煤层厚度大于3m，可以将整个煤层分为两层，中间夹矸可以做下层煤开采的人工假顶。由于分层开采的效率较低，因此建议在采用分层开采之前，需要进行经济技术比较确定最优方案。

3）h夹矸＞500mm。在此条件下，由于矸石含量较大，

1.1薄煤层

由于整个煤层高度小于1.3m，无论夹矸层靠近顶板或

是底板，都严重影响煤层的开采，不同煤矸组合薄煤层的回采工艺设计如下：

1）h夹矸＜200mm。当夹矸普氏系数f＜4.5时，设计推荐直接采用大功率滚筒采煤机截割，实践证明，在这种条件下，夹矸对综采影响较小。当f≥4.5时，设计要预先对夹矸层放炮预裂后，再使用采煤机截割。

2）200≤h夹矸≤400。当f夹矸＜4.5时，设计推荐预先对夹矸层放炮预裂后，再使用采煤机截割。如果夹矸硬度属极软岩石，可以将整层煤层分为两层，先单独截割较厚煤

收稿日期：2013－10－16

作者简介：李以虎（1985－），男，山东德州人，硕士、工程师，2011年毕业于山东科技大学采矿工程专业，现在煤

炭工业济南设计研究院有限公司从事矿山工程设计与研究工作。

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设计技术煤炭工程2013年第12月

图1

中厚煤层分两层截割示意图

应该考虑采用煤矸分采分运技术或者分层回采工艺。

1.3厚煤层

由于厚煤层厚度变化较大，厚度可以是3.5～4.0m，

也可以是5～6.5m，甚至是10～20m的巨厚煤层。在这种条件下，由于采煤机功率较大，单层夹矸厚度在200～500mm厚度时，解决比较简单，既可以采用直接截割的方法，亦可分层开采；如果煤层厚度较大，采用综采放顶煤采煤工艺时，应分析顶部夹矸的可放性，并在回采过程中采用“强制放顶”措施，提高顶煤的回收率。

2分采分运回采技术

一些产能较高的煤矿在回采较薄煤层时，通常会选择

与其极近距离煤层一起开采，类似一个含厚夹矸的厚煤层，甚至是特厚煤层，在这种条件下，提出了厚夹矸煤层分采分运技术，解决了薄煤层接续困难的问题，同时保证了矿井的产能。

2.1分采分运回采工艺

分采分运回采技术即将整个煤层分三层开采，采煤机

首先截割下煤层（或上煤层），工作面刮板将煤运出工作面，然后采煤机再截割中间夹矸层，工作面刮板将煤运出工作面后，然后采煤机再截割上煤层（或者下煤层）。

2.2矸石处理方式

分采分运回采技术，避免了煤矸混杂，减小了煤炭的

洗选难度，同时煤矸分采分运便于管理。但是对于矸石的处理方式上，又存在着以下三种方式。2.2.1

刮板输送机反运充填式

在工作面配备一套双向刮板输送机，当工作面截割顶煤时，刮板输送机正转，煤炭经过刮板输送机、转载机、破碎机、胶带机运至采区煤仓；当顶煤截割完且工作面刮板输送机上无煤炭时，刮板输送机反转，采煤机开始截割夹矸，夹矸经刮板输送机、转载机、抛矸机抛至后方采空区进行充填；当矸石层截割完且工作面刮板输送机上无夹矸时，刮板输送机正转，采煤机开采截割底煤，煤炭经刮板输送机、转载机、破碎机、胶带机运至采区煤仓。

这种分采分运技术矸石运输距离最短，且矸石充填采空区，避免了矸石占用土地，污染环境。但是工作面需要配备一套双向刮板输送机，这种输送机经常出现跳链、卡

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链甚至断链的现象，因此在实际生产中，应该制定完善的安全生产技术措施，避免矸石卡在链槽中影响生产。2.2.2

中间巷回运充填式

中间巷回运充填技术需要在工作面前方设置一条中间联络巷，在中间巷中设置转载机、破碎机、胶带机等设备，除在工作面胶带巷中设置两套胶带输送机外，另在辅助运输巷中设置一套矸石输送机和转载机，工作面支架采用煤中抽矸充填式液压支架。

当工作面截割顶煤时，打开分煤器，煤炭经过刮板输

送机、转载机、破碎机、胶带机运至采区煤仓；当顶煤截割完且工作面刮板输送机上无煤炭时，关闭分煤器，采煤机开始截割夹矸，夹矸经刮板输送机、转载机、破碎机、中间巷转载设备、充填支架刮板机回运至后方采空区进行充填；当矸石层截割完且工作面刮板输送机上无夹矸时，打开分煤器，采煤机开采截割底煤，煤炭经刮板输送机、转载机、破碎机、胶带机运至采区煤仓。

这种技术在神东矿区、山西等煤矿得到了应用，并取得了良好的效果。但是这种技术存在着转载设备较多、矸石需经多次破碎等问题。建议在整套系统的基础上，可以通过改用抛矸机和普通液压支架，减少一套破碎设备和转载系统，提高矸石回运效率。2.2.3

矸石仓储运式

1）当采用传统反运式改造时，可以在辅助运输巷中布置一条矸石胶带输送机，采煤机截割矸石层时，矸石经矸石胶带输送机运至采区矸石仓，经矸石运输系统运至地面。

2）当采用传统回运式改造时，可以将分煤器设置在胶带巷机头处，当采煤机截割矸石层时，分煤器关闭，矸石落入矸石胶带运至矸石仓，经矸石运输系统运至地面。

由于矸石仓储运式技术存在着矸石运输提升费用较高、矸石污染环境等严重问题，因此设计推荐采用前两种技术，并在前两种技术的基础上进行改造，以期解决生产中遇到的难题。

3含夹矸煤层回采技术展望3.1

大功率采煤机和高强度截尺

由于含夹矸煤层相对于一般煤层，采煤机需要较高的

截割功率，并且在截割夹矸时，截尺损害较为严重，因此，在下一步研究中，应该注重合理选择采煤机和截尺，提高采煤机截割效率，减少采煤机检修时间，提高采煤机开机率和工作面生产能力。

3.2含夹矸薄煤层无人工作面

薄煤层开采本身存在工作面高度较低，导致井下工人

患滑囊炎的机率增大，当煤层中含有夹矸时，又会出现工作面粉尘较大、大块矸石砸伤工人等事故，严重影响了井下工人的健康和安全。因此，应该在含夹矸薄煤层中通过提高回采设备的机械化和自动化程度，设计无人工作面，井

（下转第33页）

2013年第12月煤炭工程设计技术

行。目的是通过压力水的物理化学作用，改变煤的物理力学性质，降低煤层冲击倾向和应力状态。煤层预注水是一种积极主动性防范措施，不仅能消除或减缓冲击地压威胁，而且可起到消尘、降温、改善劳动条件的作用。结合1101工作面实际生产和管理情况，初步制定了顺层长钻孔动压注水法。注水与采煤基本保持平行作业，超前时间为2个月。结合地音监测划分的危险区域，对不同区域煤样的抗压强度及冲击倾向性取样试验，确定冲击倾向性随含水率和浸水时间的增加而降低的效果，以便决定是否在该区域采用该项措施。

布置在距底板1.2m处，孔深20～150m，钻孔间距可根据掘进速度及卸压效果适当调整。卸压孔打完之后，采用钻屑法进行效果检查，若煤粉仍然超标，应适当增加卸压孔的深度和密度。

4结语

随着我国煤矿采深和开采强度的日益加大，煤矿动力灾害显现日趋频繁，在开采前开展矿井和采区冲击地压专项优化设计是保障矿井安全生产和实现高产高效的重要前提。通过优化开拓布局，制定合理开采方法，制定基础评价、监测预警、解危措施、效果检验、安全防护、防冲管理“六位一体”等综合治理措施，保证了生产期间无冲击地压事件，实现了矿井的安全生产。参考文献：

［1］［2］［3］［4］［5］

J］．煤炭技术，张成庆．冲击地压产生的原因及防治措施［2005，24（2）：26～27．

张万斌，吴耀焜，王淑坤．中国煤矿冲击地压预测和防治的J］．矿山压力与顶板管理，1990，13（1）：43～46．研究［

张万斌，王淑坤，滕万军．我国冲击矿压研究与防治的进展［J］．煤炭学报，1997，17（3）．阎

．岩．抚顺煤矿冲击地压的产生、危害及其防治［J］煤炭安全，1982，3（4）．

．北京：煤齐庆新．我国冲击矿压的现状与研究进展［M］炭工业出版社，1997．

3.2卸压爆破

对监测出的冲击危险区域进行爆破卸压。炮眼布置方

式：单排布置，间距5m，距底板1m，爆破孔深度为10m。卸压爆破参数：采用正向连续装药，炸药采用煤矿许用二级乳化炸药（32mm×175mm，150g/卷），每孔装药23卷，长度4.025m。每个炮眼中采用3个煤矿许用同期毫秒延期电雷管并联，孔底向外第8个药卷装入1个雷管，孔底向外第16个药卷装入1个雷管，孔底向外第23个药卷装入1个雷管，在引爆药卷的外端放入2块水炮泥，其余部分封满炮泥。

3.3大孔径钻孔卸压

采用大孔径卸压孔可以释放煤体中聚集的弹性能，消

除应力升高区。大孔径卸压孔作用机理是钻孔中部受挤压变形，钻孔周围煤体的压力下降，煤体应力升高，钻孔受挤压移动的程度变大，从而起到卸压的目的。钻孔布置：使用ZQJ－160/4.3气动架柱式钻机，钻孔直径为108mm，

（责任编辑张宝优）

櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗（上接第30页）

下工人只在设备检修期间进入工作面内。

出了三个建议，为今后含夹矸煤层开采提供了实践经验和重要指导作用。参考文献：

［1］［2］［3］

．徐州：中国矿业大学徐永圻，沈通生．煤矿开采学［M］出版社，1999．

．高振伟．含硬夹矸薄煤层机械化回采工艺技术探讨［J］中国煤炭，2005，（2）：36，39．

李以虎．承压水上含硬夹矸薄煤层工作面高产高效开采技术研究与应用［D］．青岛：山东科技大学，2011．

［4］［5］［6］

李

伟，孙广义．含夹矸煤层综采工作面高效回采实践［J］．煤炭科学技术，2011，（4）：29～31．

连青发．爬底板采煤机在夹矸煤层中的应用［J］．煤炭技术，2011，（3）：52～53．

．山西煤炭，董冠军．煤矿井下无人工作面的发展前景［J］2011，（9）：65～67．

3.3厚夹矸超前预裂技术

在开采厚夹矸煤层时，一直采用工作面放炮预裂的方

式，严重降低了工作面的回采效率。因此，可以考虑在工作面前方夹矸层中钻孔，并通过注入高压液体预裂矸石层，在降低工作面支撑压力的前提下，破坏矸石层的整体性，降低矸石层的强度，减小矸石层通过采煤机直接截割的难度。

4结语

夹矸一直是制约工作面生产能力的一个重要因素，并且当矸石强度较高、厚度较大时，更是严重制约了工作面的机械化程度。论文通过对国内含夹矸煤层的开采方法和开采技术进行分析，提出了不同煤层在各种煤矸组合条件下的回采设计，并在此基础上对矸石处理提出了三种分采分运技术，最后对国内含夹矸煤层的开采技术发展方向提

（责任编辑张宝优）

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