采用高新技术改造小煤矿群的实践

神东煤炭公司安全监察局  田瑞云

摘  要  介绍了神东煤炭公司对山西省保德县境内的东关煤矿和桥头煤矿进行技术改造的实践过程，将两座濒临倒闭的小煤矿改造成为千万吨级的现代化高产高效特大型煤矿。详细叙述了两座煤矿的地质条件和技术改造方案等。

关键词  小煤矿  技术改造  高产高效  安全生产
 

神东煤炭公司从1985年开发神东煤田以来，已在神东矿区成功地建成投产了六座年产量突破千万吨的现代化高产高效特大型煤矿，跃居煤炭行业中国领先、世界一流水平，为中国煤炭工业闯出一条新型发展的路子。神东公司把过去成功的建矿经验应用于开采技术条件相对复杂的山西河东煤田，对山西保德县境内的东关煤矿和桥头煤矿进行联合开采技术改造。从1999年初合作实施边生产边技改起，逐步引进神东公司雄厚的资金、先进的管理理念、成熟的开采队伍、精良的机电设备，于2002年10月初步完成技改工程并投入试生产，投产当月出煤35万t，2003和2004年分别生产原煤905万t和879万t，用现代化的综采综掘先进采煤方法彻底取代了过去小煤矿的落后采煤方法，将濒临倒闭的小煤矿改造成为千万吨级的现代化特大型煤矿，为同类条件下建设“两高一优”煤矿树立了值得借鉴的样板。

1  东关煤矿和桥头煤矿概况

东关煤矿和桥头煤矿两井田南北相邻，同位于保德县城东南，同属于山西河东煤田范围，是石炭二叠纪煤。

1.1  东关煤矿

东关煤矿位于山西省忻州地区保德县东关镇康家滩村，故又名康家滩煤矿，其行政区划隶属保德县东关镇，西距保德县县城约2.5km。

该矿井始建于1981年，1983年投产，一直开采8^－1煤层，设计生产能力为15万t/a，实际生产能力是10万t/a左右，生产工艺落后，安全状况极差，经济效益不好。

1999年初，神东公司为配煤而租赁该矿井，并于同年11月开始进行小规模技改扩建，设计生产能力120万t/a。2000年12月技改工程竣工投产。2000～2002年共出原煤205.9万t。

东关煤矿井田南北长2.249～3.932km，东西宽1.805～2.554km，井田面积7.97km²。该区内含煤地层为石炭二叠系（二叠系下统山西组和石炭系上统太原组），共含煤15层（山西组含有2、3、4、5、6、7、8^-1、8^-2共8层，煤系地层总厚平均为56m，煤层总厚为7.1m，其含煤系数为12.7％；太原组含有9、10、11、13、14、15、16共7层，煤系地层总厚平均为84.57m，煤层总厚度为17.45m，其含煤系数为20.6％）。其中，8^-1和13煤层为全区可采煤层，8^-2煤层为局部可采煤层，剩余的12层煤均为不可采煤层。3层可采煤层共有地质储量12976.8万t，可采储量为8688万t。

神东公司接管该矿井后，将其改造成平硐加斜井联合开拓方式，采煤方法为后退式机械化房柱式开采，主要运输皮带化（共有5条皮带，全长3420m）、辅助运输胶轮化，主要通风系统为中央边界抽出式。

2001年对该矿井“一通三防”作了一些基础技术工作，测定相对瓦斯涌出量最大为17.99m³/t，属于高瓦斯矿井；煤层爆炸指数为39.98％，具有强爆炸性；煤层自燃发火期为4～6个月，为极易自燃的Ⅰ级自燃发火煤层。

1.2  桥头煤矿

桥头煤矿位于山西省忻州地区保德县桥头镇，因黄河支流孙家沟季节河由西向东横穿该井田全境，故又名为孙家沟煤矿，其行政区划隶属保德县桥头镇，北西距保德县城直线距离为18km。

该矿井始建于1982年，1986年投产，设计生产能力10万t/a，一直开采8^#煤层，在神东公司租赁前共出煤95.08万t，最高产量是1994年，仅12万t，是一座即将关闭的煤矿。

2000年4月，神东公司为配煤需求租赁该矿井，到2001年底共出煤76.84万t。2001年11月，神东设计院完成了该井500万t/a的技改扩建初步设计，2002年元月投入改扩建。2002年10月1日全矿井主要生产系统形成并投产，投产当月出煤35万t，用现代化的综采综掘采煤方法取代了小煤矿落后的采煤方法。

桥头煤矿井田南北长7.7km，东西宽5.8km，井田面积38.69km²。煤系地层为二叠系下统山西组（P₁S）和石炭系上统太原组（C₃T）。

山西组（P₁S）由灰色、灰黑色泥岩、灰白色砂岩及煤层组成，厚22.86～77.18m，平均44.26m，含煤4～5层，自上而下编号为：3、4、6、8（当8^#煤层下部夹矸大于或等于0.8m时，将上部煤层编号为8^-1，下部煤层编号为8^-2），其中，8^－1煤层全部可采，8^－2煤层局部可采，其它3层均不可采。该煤系地层总厚度7.53m，含煤系数17.0％。

太原组（C₃T）由灰色、深灰色砂质泥岩及泥岩和灰白色砂岩及煤层组成，厚86.58～98.60m，平均91.53m。含煤7～8层，自上而下编号为9、10、11、13（当13^#煤层下部夹矸大于或等于0.8m时，将上部煤层编号为13^-1，下部煤层编号为13^-2）。其中，13^-1煤层全层可采，13^-2和14^#煤层局部可采，11^#和15^#煤层可采。该煤层系地层总厚度15.40m，含煤系数16.8％。

主采煤层地质储量84855万t，可采储量63641万t。其中8^#煤层地质储量29346万t，经济可采储量7379万t；13^#煤层地质储量34295万t，经济可采储量11739万t。

神东公司接管该矿井后，将其改造成平硐加斜井联合开拓，采煤方法为长壁综采和局部块段机械化房柱式开采，主要运输皮带化（共有2条皮带全长约4000m）、辅助运输胶轮化，主要通风系统为中央并列抽出式。

1.3  开采技术条件

1）主采煤层顶、底板岩性特征。

8^-1煤层老顶多为粗、中、细粒砂岩或厚层粉砂岩，厚度一般5～20m；直接顶大部地段发育，岩性为砂质泥岩、泥岩、薄层细粒砂岩、粉砂岩，厚度0～13.76m；伪顶在局部地段发育，为厚度小于0.5m的泥岩和碳质泥岩；其老底为粗、中、细砂岩，直接底多为砂质泥岩和泥岩。

13^-1煤层与8^-1煤层的层间距约35m左右，此间发育有8^-2、11^#煤层，层间岩性多为砂质泥岩、泥岩夹细粒砂岩、粉砂岩，均为多层状薄岩层，属于直接顶类岩层，但有一层厚4.76m中粒砂岩应属老顶，其老底为粗、细粒砂岩，直接底为泥岩、砂质泥岩。

2）主采煤层顶、底板岩石物理力学性质及分类。

根据钻孔资料、依据《工程地质手册》（1992年）中的岩石坚硬程度分级标准，对主采煤层顶底板各类岩石划分如下：8^-1煤层顶板各类岩层均为较软岩层，底板为较软—较坚硬岩石。13^-1煤层直接顶各类岩层均为较软岩层，老顶岩层为较坚硬岩层。底板均为较软岩层。

  3）主采煤层顶底板稳定性。

8^-1煤层直接顶厚度0～13.76m，平均抗压强度20.18MPa，裂隙间距0.5m，平均分层厚度0.7m。根据《缓倾斜煤层工作面顶板分类方案》划分，该直接顶属于Ⅰ类不稳定顶板，老顶属于Ⅱ级来压明显顶板，其直接底板平均抗压强度31.12MPa，属于较坚硬底板，稳定性较好。

13^-1煤层直接顶厚度4～10m，平均抗压强度31.65MPa，裂隙间距0.5cm，平均分层厚度1m。根据《缓倾斜煤层工作面顶板分类方案》划分，直接顶属于Ⅱ类中等稳定顶板，老顶属于Ⅱ级来压明显顶板，其直接底板平均抗压强度22.75MPa，属于较软底板。

4）主采煤层及矿井瓦斯情况。

2001年矿井绝对沼气涌出量为11.97m³/min，相对沼气涌出为5.37m³/t。            

2002年矿井绝对沼气涌出量为15.10m³/min，相对沼气涌出为6.64m³/t。

2003年矿井绝对沼气涌出量为59.98m³/min，相对沼气涌出为3.28m³/t。

2004年矿井绝对沼气涌出量为64.19m³/min，相对沼气涌出为1.21m³/t

矿井沼气主要来源于综采工作面，由于引进了高效的综采设备，矿井原煤年产量明显增大，故其沼气绝对量呈现上升趋势。由于煤层自然赋存条件所限，抽放效果不佳。

  根据煤科总院抚顺分院所做的矿井瓦斯监测结果，首采8^#煤层瓦斯可抽性处于可抽和不可抽之间。对于具有这种煤层沼气赋存条件的矿井，为保证日常采掘生产的安全，风排瓦斯应占主导地位。

从2002年10月完成改扩建后，沿煤层倾斜方向逐步进入深部区开采。在先后回采88101和88102工作面时，工作面的瓦斯涌出量都在10m³/min左右；2003年5月回采二盘区88201工作面时，工作面的瓦斯涌出量已达到20～50m³/min。由此可见，当矿井采掘向深部区发展时，煤层瓦斯含量急剧增大。

为了井下安全生产，2003年7月在有综采的桥头煤矿突击安设一套移动式抽放系统，采取采空区抽放瓦斯方法，但抽放效果一般，抽出气体瓦斯浓度在15%左右，没有直接外输利用，而是直排总回大巷，掺入到总回风流稀释后，由抽出式主扇直排大气层中。

2  技术改造过程

2.1  矿井联合开采技术改造的可行性分析

这两矿井南北相邻,同属于河东煤田，都为石炭二叠纪煤，主采煤层均为二叠系下统山西组的8^#煤层和石炭系上统太原组的13^#煤层，其中，8^-2和13^-2煤层只是8^#和13^#煤层在局部地段的分叉层。这两层煤都是复杂结构近水平厚煤层，8^#煤层平均厚度约6.01m。13^#煤层平均厚度6.55m。8^#煤层上覆基岩平均厚度约204.82m，下距13^#煤层平均层间距约35m。从过去小窑到现今大井首先都是开采8^#煤。根据钻孔地质资料和国家煤炭行业技术标准，8^#煤层顶板为Ⅰ类Ⅱ级，通过神东公司6年来生产与建设的大规模揭露，顶板是典型的复合顶板（采用锚杆加锚索、铅丝网、钢带联合支护），其底板较坚硬，稳定性好。13^#煤层顶板为Ⅱ类Ⅱ级，底板较软，稳定性一般。

总体来说，本区域主采煤层厚度大、储量丰富，煤质好，地质构造较简单，水文地质条件也不复杂，自然形成了比较良好的开采基础，具备发展机械化规模型开采的条件。

2.2  康家滩煤矿的建成及发展

2002年10月，在神东公司组织下，东关（康家滩）煤矿和桥头（孙家沟）煤矿初期技改工作基本完成，各生产系统运行正常，矿井步入比较正规的生产格局。2002年两井共生产商品煤232万t。神东公司以科学的态度和创新精神，推行安全与效益规模化生产，走出了一条煤炭生产大发展的新型工业化道路。

同时，神东公司设计院不断积累经验，及时提出了东关与桥头两井联合开采方案。即：新掘两个回风立井（选址：枣林井深302m、刘家堰井深110m），各装备两台高效对旋风机，形成两翼对角抽出式通风系统；与地面专用电气化双线铁路运输系统相结合（选址：枣林），构建一套井上、下生产能力相匹配的储、装、运与重介浅槽洗选加工系统，并开掘一条净断面积16m²、坡度16°、斜长800m的主运斜井，整体形成“两综四连”（两套综合机械化采煤机采煤、四套连续采煤机掘进）的采掘格局、达到1600万t/a商品煤的生产能力，建成国内外同类条件下的第一座大煤矿。

2002年底，以东关煤矿和桥头煤矿为中心，采用高新技术改造小煤矿群为现代化特大型高产高效煤矿的工程开工。经过2003、2004两年的建设并整合周边小井可利用储量，改革优化各生产系统，封闭所有废弃井巷，改造旧的机电设备，提高矿井生产与防灾抗灾能力，终于建成了年产原煤1800万t的新型矿井，取名“康家滩煤矿”，计划于2005年首次达产。

新建的康家滩煤矿基本面貌为：井田面积47.92km²，地质储量11.2170亿t、可采储量6.9329亿t，主采8^#与13^#两煤层。矿井开拓方式为平硐加斜井联合开拓，巷道布置形式采用平行大巷盘区条带式，回采工艺为综合机械化长壁后退一次采全高全部垮落法，巷道准备方法是连续采煤机长距离平行双或三巷全风压同步掘进工艺，主要采、掘、机、运、通、选等设备均为进口。全矿井主要生产系统实现了主要运输胶带化、辅助运输胶轮化、采掘作业机械化、一通三防制度化、现场操作程序化、安全监测数字化、日常管理人本化、培训职工素质化、各级指挥理性化。

3  结语