现代化高产高效矿井建设与实 践研究 李玉民 神华宁煤集团副总工程师 贺兰山煤田 神华宁煤集团是2002年底由原石嘴山矿务局、 石炭井矿务局、灵武矿务局等四家企业合并组建的 宁夏大型国有企业。2006年1月神华集团增资扩股组 建了神华宁煤集团公司。 宁东煤田 亿吨 国家批建的13个亿吨级大型煤炭基地、6个 大型煤电基地、7个煤化工基地之一 公司现有生产煤矿14个，产能4103万吨/年 ，正在开发建设的宁东矿区，在建和试生产矿井 有9个，规模6190万吨/年。预计2012年在建矿井 投产后，煤炭产能将达到1亿吨。 为了实现公司做大做强，跨越式发展的目标 和适应宁东矿区三个国家级基地建设的需要，从 2003年开始，在建设宁东煤炭基地的同时，对所 有矿井都进行了不同程度的扩能安全改造。到 2009年矿井技术改造项目新增生产能力1645万吨 年，新建投产矿井规模1240万吨/年。 2009年公司 原煤产量达到5025万吨 采煤机械化程度达到了94.69 掘机械化程度达到 81.5 % 原煤生产人员效率达到6.601吨 工 回采效率达到36.676吨/工 较2002年分别提高 3.2倍, 2.7倍, 1.5倍, 2.3倍和 4.1倍。 装备 工艺技术 几年来公司在现代化高产高效矿井建设方面作 了一些卓有成效的工作，主要有以下三个方面： 一、树立全新理念，运用新技术新装备，加快特大 型矿井建设步伐，高起点建设现代化高产高效矿井 1、特大型矿井建设 宁东矿区大规模建设开始后，进行了亿吨煤炭基地的 重新调整和规划。 宁东亿吨煤炭生产基地规划体现了建设特大型现代化 矿井的全新理念。 如鸳鸯湖矿区总体设计五对矿井 规模为4400万吨/年，其中梅花井矿规 模为1200万吨/年，清水营矿1000万吨/ 年，红柳矿和麦垛山矿规模均为800万 吨/年，石槽村矿规模为600万吨/年。 目前清水营、梅花井和红柳三个矿均已 建成，正在试生产，石槽村和麦垛山两 矿将于今明两年陆续投入试生产。 羊场湾煤矿和枣泉煤矿东区均已建 成投产，2009年两矿产量分别达到1700.02 万吨和555万吨，充分展示出了特大型现 代化矿井的巨大效能。 神华宁煤集团特大型矿井基本情况 表一 边勘探、边设计，边建 设，边生产，地质资料不准 ，设计不合理，井田储量和 矿井规模不相匹配 、合并矿井提高产能 当时最大规模240万吨/年的灵新矿，尚 没达产，其他矿井的核定能力最小为18 万吨/年，最大为150万吨/年。老矿井的 采区走向长度1000米左右，新矿井的采 区走向长度也仅2000米左右 宁煤集团 成立时 原因 对于因历史原因和当时的技术条件制约 ，以及人为划分的不合理的相邻矿井， 进行合并改造，以利于提升矿井规模， 合理高效的进行开采。 从2003年开始，公司开始对所属生产矿井进 行扩能技术改造。 扩能改造 (方式之一) 把设计能力30万吨/年的羊场湾一矿和设计能 力为45万吨/年的磁窑堡矿扩建井合并改造为年产 240万吨/年的磁窑堡二矿即现在的羊场湾矿二分区 ，这个矿投产以后又进行500万吨/年的扩能改造， 峻工后的二分区去年实际产量达到594.7万吨。石 嘴山一矿、二矿建矿时是边勘探、边设计、边建 设建起来的矿井，井田划分极不合理，两矿工广 相距较近，矿井两翼极不对称，两矿相邻一翼的 走向长度均为1000余米，另一翼却长达5000米左 右，均属一翼过长一翼过短，对生产的制约很大 。重新技改时，将年产100万吨和150万吨的两个 矿井合并进行技术改造，形成了设计生产能力450 万吨/年的大型矿井。 、大走向长工作面实现高产高效 炮采工作面走向长度不到1000米，倾向长度最大150米，一般为 120米。即使是四个机械化矿井，工作面走向长度也不长，当时 综采工作面走向长度最长的也只有1400米，倾斜长度为195米 2003年以后的基建和技改矿井 目前公司综采工作面走向 长度为20006000米，工 作面倾斜长度，由200米逐 步加长到250、300米，最 长达350米；综放工作面斜 长也达到300米。 矿井地质条件 工作面走 向长度和 倾斜长度 大幅度增 加 使工作面 生产能力 大幅提高 采掘装备条件 对特大型 现代化矿 井的生产 和高产高 效矿井建 设，都是 重要而必 须的手段 。 4、辅助提升方式采用缓坡斜井无轨胶轮运输,突 破了制约矿井高产高效的瓶颈 本公司在特大型矿井建设过程中，几经曲折，最终接受了用缓坡斜 井无轨胶轮运输方式，解决了制约辅助提升的瓶颈问题,为高产高效矿 井建设和经营提供了极为有利的条件。 目前有五个生产矿井 和试生产矿井 在建的特大型现代 化矿井辅助提升系 统 缓坡斜井 无轨胶轮 运输方式 宁东煤田煤层一般埋深都在100800米，目前的开采深度都在600米以内。由于井 底车场深度都在约300500米，缓坡斜井的垂深较大，其井筒布置方式都采用穿 层折返的方法布置井筒。目前投入使用的五个矿井的缓坡斜井，井筒两端垂高最 小60米，最大484.5米，井筒坡度最小1.6，最大7，一般都在5.5,净断面17.82 22.4,缓坡斜井长度8675621米, 。 图一 枣泉矿西翼缓坡斜井布置示意图 、主提升方式采用大倾角大型胶带输送机提升, 突破了过去胶带斜井的坡度极限,为特大型矿井快 速高效提升创造了条件 目前采用主斜井胶带提升方式的个600万吨以上规模的特大矿井,最小 规模600万吨/年,最大规模1200万吨/年, 皮带井筒坡度突破大型胶带斜井 18的坡度极限,最大坡度达到22，单台皮带最大提升长度1790米，单台 皮带最大提升高程538米，最大运量3300吨/小时,最大带宽1.8米，最大功 率32000KW，最大带速6.5米/秒，最大带强ST6300. 主提升采用斜井胶带提升，连续运输，运量大，环节少，安全可靠性高 ，适合大型特大型规模矿井对生产系统的需求。 七个特大型矿井主皮带斜井皮带机主要参数 表二 二、淘汰落后炮采工艺、向高韧性易自燃特厚煤层 综放工艺和大倾角复杂特厚易燃煤层6.2米大采高开 采工艺进行攻关,获得高产高效开采新工艺 1、淘汰落后的炮采工艺，全力推进综采综放工艺 16个生产矿井中有50 个采煤工作面,其 中只有4个矿井是机械化生产矿井。 个矿井采煤机械化程度为零，全公 司炮采工作面多达3个。综采综放工 作面为个。机械化程度为35.59。 7个综采综放工作面的平均年产量仅为64.94万吨 ，其中石嘴山二矿综采工作面平均年产45.06万吨 ，白芨沟矿综采工作面平均年产只有80.34万吨， 灵新矿综采工作面平均年产80.47万吨，乌兰矿综 放工作面年产54.29万吨。 宁煤集团成立的2002年 开采工艺技术落后，装 备水平低下。 在籍的10套综采综放设备中有套为 1996年以前投入使用的设备，设备的 装备水平落后，运转使用多年，故障 率高，开机率低，生产能力不高。 大力推进采掘 装备机械化， 提高矿井产能 从淘汰落后开采 工艺入手 综采综放设备均按公司统一制 定的综采综放设备配套方案- 高起点高标准配置 仅2009年机械化装备投入14.87亿元，新增综采 综放设备9套、综掘设备15套。机械化产量由 2002年的454.59万吨增加到去年的4060.31万吨， 增长了近9倍。 羊场湾煤矿综采一队2009年的产 量达到1047.51万吨，成为公司 首个年产超过千万吨的采煤队。 2003年全公司开始推广应用电牵引采煤机 2006年开始全面推广应用支架电液阀控制 系统 截止2009年底，全公司13个井工矿中有10 个矿已全部实现采煤机械化，3个矿井各 有一个炮采工作面回收边角煤，其他均为 综采综放工作面。 、成功实验高韧性易自燃特厚煤层综放开采新 工艺 2003年，公司与煤科总院和西安科技大学合 作，在灵武矿区磁二矿进行高韧性易自燃特厚煤 层进行综采放顶煤实验成功。 该矿二煤厚度7.1413.46m，平均厚度10.28m，煤层单向抗压强度13.9 20.9MPa，单向抗拉强度为0.891.48MPa，节理及裂隙不发育，韧性指标91 ，属难冒放煤层。煤层自然发火期一般13个月，最短20天，属一级易自燃 矿井。煤层倾角为1214，平均13；煤层埋藏深度为200 m左右。 二煤层综放实验成功至今，综放开采一直是该矿唯一的开采工艺。该 矿综放工作面走向长为16003400米，倾斜长为200300米, 工作面沿 煤层底板布置，煤厚平均为10.28m，割煤高度为2.9m，放顶煤高度为 7.38m，采放比为1：2.5。采煤机截深0.8m。放煤方式为低位多口双轮 顺序放煤，放煤步距0.8米。 由于二煤层韧性高，顶煤不易垮落，采用工作面超前深孔预裂爆破弱 化处理技术，提高顶煤的冒放性。其方法是在顶煤中沿顶布置两条工 艺巷，在工艺巷上下帮布置爆破钻孔，超前工作面30米进行深孔爆破 松动预裂煤层。工艺巷距上下顺槽50米左右布置。 图二 羊场湾矿二分区142综放工作面工艺巷布置 示意图 ：。 在工艺巷上下帮各布置两排炮孔 ，炮孔排距1.0m，孔距1.0米， 炮 孔直径为60mm,炮孔深度4050 米 。采用煤矿许用安全乳化炸药 ，规格为50250mm，重0.6 kg ，线装药密度为2.4 kg/m。 顶煤弱化工艺 在灵武矿区成功试验了高韧性特厚 易燃煤层综放开采新工艺，解决了 灵武矿区特厚煤层不能实现综放开 采的难题，为宁东矿区建设高产高 效矿井，实现集约化生产提供了技 术保证。目前高韧性易自燃特厚煤 层综放开采工艺已在宁东矿区的推 广应用 去年羊场湾矿二分区综放工作面年产 量达到337.64万吨，工作面回采率达到 80.56，回采工效达到60.8吨/工，创 造了宁东矿区综放开采的历史纪录。 过去类似 煤层回采 工艺 3、研发大倾角复杂特厚易燃煤层.米大 采高开采工艺技术 。 分层开采 工艺复杂，产量效率都很低，工作面产量 仅100万t/a左右。且再生顶板稳定性差，冒 顶事故多，采空区遗煤易引发自然发火， 分层多巷道掘进工程量大，掘进成本高， 接续紧张，留设煤柱多资源损失大等。 综放开采 由于该煤层韧性较大，冒放性较差，须采 用工艺巷松动爆破预裂煤层提高冒放性， 工艺复杂，工作面产量也仅能达到300万t/a 左右。且回采率仅达80%左右，煤炭资源 损失大，采空区易自然发火，安全隐患较 多。 宁东矿区厚度 6.0m以上主采煤 层的储量较大。 2006年公司决策在羊场湾煤矿接续新区，进行一次采全高的 大采高开采试验。该区煤层平均厚度6.3m，煤层倾角1520 ，平均18，走向起伏812，且节理裂隙发育，侧压大，片 帮冒顶严重，易自燃。虽然煤层厚度较稳定，但埋藏条件及 开采条件极为复杂。这种大倾角复杂特厚易燃煤层一次采全 高，在国内外尚无开采先例。 当时一次采全高国外最大采高为5.5m，国内6.0m以上 大采高同期试验的只有三家。神东上湾矿和晋城寺 河矿的大采高工作面开采的都是近水平煤层，而羊 场湾矿大采高工作面煤层不但倾角最大达到20， 而且走向起伏呈812波浪式起伏。 公司高度重视，组织相关专业技术人员，对国内多个煤机生产厂家和较大采高 开采的兄弟矿井，进行广泛地实地调研考察，还邀请国内知名专家学者和 煤机生产厂家人员，对采用大采高开采工艺技术、工作面装备稳定性、可 靠性、可控性以及防止煤层自然发火和安全开采的相关技术方案措施，进 行了深入的研究论