京西复杂地质条件稀缺煤种绿色开采技术及顶板管理--马植胜

　　特别是公司上市以来围绕绿色矿山、安全矿山、科技矿山、数字化矿山、智能化矿山、集约节约矿山、文化矿山、和谐矿山的建设，全面实施“京煤保障行动”，公司管理水平、机械化开采水平及安全生产保障能力已取得跨越式提升, 在复杂地质条件难采稀缺煤炭资源机械化开采、绿色开采和安全保障技术等方面形成了自己的特色。

　　百万吨工亡率由2009年0.39下降到目前的0.10，2011年首次实现零工亡;2012年，千人负伤率由2009年的12.4下降到目前的2.74，安全绩效实现历史性的突破。

　　受原生沉积环境所制约，同时又受后期多次构造运动的破坏，使得 京西煤田本已相当复杂不稳定的煤层更加复杂化：

　　一是井田内广泛分布纵横交错的各类褶曲破坏;

　　二是断层破坏严重，除大断层外，中小断层受构造部位及煤层顶底板岩石性质的控制，常形成顶断底不断或底断顶不断现象，将煤层错成许多小块段;

　　三是岩浆岩侵入使煤层变薄、分岔，使煤层结构、厚度都发生大的变化。

　　木城涧煤矿资源赋存及地质构造典型剖面

　　大台煤矿资源赋存及地质构造典型剖面

　　大安山煤矿资源赋存及地质构造典型剖面

　　长沟峪煤矿资源赋存及地质构造典型剖面

　　五是在一个工作面开采范围内分布着一个或几个压薄区，无法形成正规的工作面;

　　六是岩浆岩侵入使煤层变成非层状矿体而无法简单采用层状矿体的开采方法;

　　七是密集的小断层使得布置工作面异常困难;

　　八是部分煤层含有0.1-1米的夹石，夹石硬度f=8-10，对采煤方法选择、装备造型造成极大难度;

　　九是煤层顶板坚硬，矿山压力显现特殊，顶板管理和控制难度大;

　　十是据有关资料记载京西的采煤历史早在辽、金、清时代就有开采史。解放前和解放初期，小煤窑到处星罗密布，给采煤方法的选择和应用形成了极为不利的条件。

　　从北京矿务局、京煤集团到昊华公司，历届领导班子和广大工程技术人员在采煤方法的改革上，都进行了积极艰苦的探索，先后试验过仓储法、煤锯法、倒台阶、滑移顶梁、水力采煤、急倾斜西班牙机组、150机组高档普采。但都没有形成正规的采煤方法主体，个别机采工作面也未能坚持下来，大多数煤层开采还是以巷柱、陷落法为主。造成生产系统复杂、水平多、战线长、回收率低、生产集中度低、事故点多等不利状态。

　　上世纪90年代中后期，原北京矿务局再次提出以采煤方法为核心的四项改革(采煤方法、巷道布置、支护方式、煤巷光爆)。“走出去，引进来”，探索建立有效的创新机制，广大技术人员和管理人员的积极性得到了提高。逐步形成了以柔性掩护支架、伪斜分段密集为主导的急倾斜采煤方法，以长壁炮采为主导，复杂的中、厚煤层耙装法为辅的缓倾斜采煤方法，生产效率取得了较大的提高，三矿四井年产能力600万吨左右，百万吨工亡从4-5人降至2.0人左右，安全生产状况得到了较大的改善。万吨坑木耗从52立方米降到19立方米。煤巷万吨掘进率从450m降到230m，京西煤田的采煤方法终于向正规化迈出了坚实的步伐。

　　但是，传统的炮采落煤方式没有从根本上得到改变。

　　2012年，公司机采产量达到了251.61万吨，占回采产量的58.95%。京西矿区现有各类综采工作面10个，高档普采工作面1个，综掘工作面6个。综采工作面采高从0.9到3.6米、倾角从10°到60°(局部区域倾角达67°)，覆盖了京西的各类煤层开采。

　　公司从易到难，从高档普采、综采、急倾斜综采、薄煤层综采、极薄煤层综采，改革不间断，创新无止境。实现了难采煤层开采技术的跨越式发展，淘汰了落后的陷落法，全部实现了正规的壁式开采，机械化程度显著提高。形成了具有国内先进水平的复杂地质条件难采煤层开采技术体系。

　　昊华公司目前采用的开采技术：

　　共11种。根据各种不同的地质条件、不同的煤层厚度、不同的煤层倾角、不同的块段，选择相应的开采方法。

　　缓倾斜、倾斜煤层(相对比较大的块段)

　　1、坚硬顶板综合机械化放顶煤技术。应用于缓倾斜、倾斜厚煤层中。

　　2、坚硬顶板中厚煤层综合机械化采煤技术。应用于缓倾斜、倾斜中厚煤层中。工作面采高为1.7m～3.0 m。

　　3、坚硬顶板薄煤层综合机械化采煤技术。应用于缓倾斜、倾斜薄煤层中。工作面采高为1.1m～2.2 m。

　　4、坚硬顶板极薄煤层综合机械化采煤技术。应用于缓倾斜、倾斜极薄煤层中。工作面采高为0.9m～1.5 m。

　　缓倾斜、倾斜煤层(小块段、边角)

　　1、坚硬顶板普通机械化采煤技术。应用于小块段缓倾斜、倾斜薄煤层及中厚煤层中。

　　2、单一长(短)壁炮采技术。应用于不规则的、边角煤区域的缓倾斜、倾斜薄煤层及中厚煤层中。

　　3、锚固控制耙装采煤法技术。主要应用于缓倾斜、倾斜小块段或采区边角的厚煤层中。工作面实现无人开采。

　　大倾角、急倾斜煤层

　　1、大倾角、急倾斜复杂煤层综合机械化采煤技术。应用于大倾角、急倾斜煤层中。工作面采高1.7m～3.4m。

　　2、柔性金属掩护支架采煤法技术。在急倾斜中厚煤层及厚煤层中应用。

　　3、俯伪斜走向分段密集支护采煤法技术。主要应用于急倾斜薄煤层。

　　4、急倾斜厚煤层水平分层放顶煤技术。主要应用于急倾斜特厚煤层。

　　1950年至2012年京西百万吨工亡率情况

　　(三)京西顶板管理所采取的对策

　　在建立健全各项管理制度、落实各级责任制的同时，重点强化技术安全和技术支撑，抓好工程部署安全、工程设计安全、工艺流程安全、规程措施编制安全、审批把关安全、生产技术管理安全，落实“四个优化”，即：优化设计，从源头抓起做好技术保障;优化系统和生产环节，从基础上做好技术保障;优化业务流程，从过程控制上做好技术保障;优化劳动组织，从施工管理上做好技术保障。

　　1、建立顶板管理组织机构，严格顶板管理责任

　　公司成立以总经理为组长，以安全生产副总经理、总工程师 、副总工程师为副组长，由安全监察部正副部长，生产技术部部长及主管采掘、开拓、地质副部长，技术中心正副主任及办公室主任，采购供应部正副部长为成员的顶板管理专业领导小组。各矿成立以矿长为组长，总工程师、生产矿长、安监站长为核心的有职能部门参加的顶板管理专业领导小组，并制定了相应的岗位责任制。

　　2、加强设计管理和作业规程管理

　　编制、采区设计和采掘作业规程的同时，必须进行支护设计、控顶设计。要根据工程情况，结合地质资料和矿压资料，本着“科学、合理、有效”的原则做好支护设计、控顶设计师，并要保证对顶板的控制做到“支、护、稳”，即对顶板应能支得起、对顶板应能护得好、对顶板应能稳得住。支护设计要包括支护方案、支护工艺、特殊支护、支护说明、矿压观测方案和支护安全技术措施等内容。作业规程的编制应具有科学性、准确性、针对性、及时性和可操作性。

　　3、加强现场管理，按规程施工，按规范施工

　　采煤、掘进和巷修工作面严禁空顶作业，必须认真执行作业规程规定的支护方式和支护要求。岩巷和煤巷掘进必须采用光面爆破技术，岩巷要采用锚网喷支护，煤巷均采用锚网索支护，支护必须正规布置，规范施工。

　　加强综合机械化工作面和缓倾斜单柱(悬移顶梁支架)壁式工作面来压期间的顶板管理、遇地质变化带及顶板破碎时的顶板管理，柔掩支架回采工作面，上、下端头和出煤口均要加固支护的措施，工作面内采用单柱迈步支撑，尾架所留长度和续架长度、垫层厚度严格规定。俯伪斜走向分段密集壁式回采加强支护质量管理，保证足够的初撑力和密集支柱上方垫层厚度。耙装法回采工作面的绞车巷、尾轮巷、打眼巷必须加强支护。

　　4、推行专业管理，把业务做精

　　复杂地质条件带来生产工艺或工序相对复杂，危险源和风险点相对难以控制和管理。将复杂工艺分解为专项作业，实行专业化管理、专业化队伍、专业化人员、专业化施工。组建开透口专业队、支、回架(柱)专业队、锚网(索)支护专业队等，发挥专业技术特长和专业化经验。

　　5、加强地质变化带预测预报和管理

　　定期组织相关部门对地质构造变化进行分析，进行地质预测预报，制定针对性的安全技术措施。工作面出现地质构造变化，如煤层变夹、变厚、倾角急剧变化、遇断层、破碎带、顶板压力增大等情况时，必须停止工作，制定安全技术措施后，方可恢复施工。

　　6、加大支护改革力度，推广应用先进支护技术

　　缓倾斜煤层、倾斜煤层全面应用锚网索支护，在急倾斜煤层大力推广应用于锚杆、锚网、锚索支护工艺。断层、顶板破碎、易塌冒等地质变化地带，推广应用注浆、锚注等技术。

　　7、创新思路，推进采煤方法改革

　　分析煤层赋存状况，顶、底板岩性，探讨和试验新的采煤方法，改变巷道布置方式，对不同区域、不同煤层、不同倾角、不同煤厚、不同区段选用相应适合的采煤方法。煤层倾角在60°以下条件适合时优先考虑综采，煤层倾角在45°以下厚煤层不能采用综采的考虑采用耙装采煤法，煤层倾角在35°以下时不能使用综采考虑采用壁式采煤法，局部区域煤层厚度在4.5m以上时考虑采用水平分层放顶煤采煤法或“Z”型水平分层放顶煤采煤法 。倾角在50°以上中厚煤层采用柔掩采煤法，薄煤层采用俯伪斜走向分段密集支护采煤法。

　　8、落实隐患排查制度和预警机制

　　建立顶板事故隐患排查制度，对顶板进行分类、分级管理，定期召开顶板管理专业例会，根据工作面顶板管理存在的问题提前预警，研究制定技术方案、安全措施和实施办法，做到超前预测、超前预防、超前采取措施。

　　9、加强支护质量监测管理，严格监查

　　建立岩石巷道锚杆和喷射砼的强度检测制度和煤巷锚杆、锚索检测制度。建立壁式工作面支护质量监测制度和采掘工作面支护质量分析制度和评估制度。

　　10、加强矿压观测管理和顶板动态预测预报

　　公司有专门的矿压管理机构，公司和矿设有矿压科，矿配备专职的主管矿压副总。并针对京西矿区围岩的特殊性，建立了多渠道、全方位的顶板监测管理系统，融合最新的矿压技术，实现常规矿压监测系统、微地震监测系统、离层遥测系统、电磁辐射系统、综采监测系统、钻孔成像系统等系统的集成，形成了一套具有完整理论支撑、仪器先进、信息传输通畅、发送及时的矿区顶板安全实时动态监控、分析、咨询系统，及时对顶板动态进行预测预报。

　　11、强化顶板管理知识的培训

　　公司定期和不定期组织顶板管理和控制知识的理论培训和现场培训，并聘请专家、教授授课、现场指导，使培训既有针对性又有实效性。

　　12、加强对顶板管理和控制的研究工作

　　利用公司技术中心平台，在自主攻关基础上，联合科研院校一同攻关，加强矿压显现规律、应力集中区和地质变化带的研究和控制，解决安全生产过程中的难题、关键技术问题。