喬大良

(神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

煤礦企業(yè)經(jīng)過近多年的快速發(fā)展，在“綠色環(huán)?！崩砟畹耐苿酉?，取得了由粗放型到集約型方式的轉(zhuǎn)變。大柳塔煤礦經(jīng)過數(shù)代人不斷努力，在發(fā)展過程中，重視解決環(huán)境與生產(chǎn)之間、安全與生產(chǎn)之間、生產(chǎn)與消費(fèi)之間的多重矛盾，牢固樹立“綠色環(huán)保、節(jié)能減排”的發(fā)展理念，提高礦井核心競爭力，積極探索，努力發(fā)現(xiàn)采煤新工藝、新技術(shù)，不斷降低生產(chǎn)運(yùn)營成本，持續(xù)推動煤礦企業(yè)節(jié)能減排的長足發(fā)展。大柳塔礦井2-2煤水庫的利用，解決了5-2煤工作面水利用問題，取得了采空區(qū)廢水到有用水之間的轉(zhuǎn)換；井下矸石排放置換技術(shù)解決了井下矸石的排放問題，降低了運(yùn)輸成本，提高了工作效率；順槽護(hù)巷煤柱部分回收技術(shù)及旺格維利采煤法的利用極大地提高了煤炭的回收率，減少了煤炭的浪費(fèi)，降低了井下工作面采空區(qū)煤炭自燃可能性，提高了安全指數(shù)，推動了大柳塔煤礦安全、高效、綠色發(fā)展。

1 礦井的基本情況

大柳塔煤礦位于毛烏素沙地邊緣烏蘭木倫河兩岸，地處神木縣西北約62.5 km的大柳塔鎮(zhèn)和中雞鎮(zhèn)交界處，井田面積189.9 km2，地質(zhì)儲量23.2億t，可采儲量15.3億t。1987年10月建礦至今，一礦兩井的產(chǎn)量每年均達(dá)到3 300萬t，是一座特大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井。該煤礦地表為流動性沙子及半固定沙覆蓋，厚度達(dá)20～50 m，井田內(nèi)地水不發(fā)育，植被稀少，主要含煤層延安組分布廣泛，地質(zhì)構(gòu)造簡單，斷層發(fā)育少，賦存穩(wěn)定，瓦斯含量低，瓦斯?jié)舛?%～0.1%，屬于低瓦斯礦井，近水平煤層，煤層傾角為1°～4°，煤層平均厚度在4～6 m，可采煤層為7層，主要煤層有5層(分別為1-2、5-2、4-2、2-2、1-2煤層)，煤層淺，1-2煤層距地面70 m左右，1-2煤層與5-2煤層之間的距離大約170 m左右。煤質(zhì)具有低灰、低硫、低磷和中高發(fā)熱量的特點(diǎn)，屬于高揮發(fā)的長焰煤和不粘結(jié)煤，是優(yōu)質(zhì)的動力煤化工和冶金用煤。大柳塔煤礦和活雞兔煤礦都采用聯(lián)合開拓的方式開采，采煤方法為一次采全高的綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法管理頂板；主運(yùn)系統(tǒng)為膠帶運(yùn)輸機(jī)斜井提升方式，大柳塔井采用抽出式、活雞兔井采用壓入式的通風(fēng)方法。

2 節(jié)能減排方法與技術(shù)

2.1 建立2-2煤分布式水庫

大柳塔煤礦第1個(gè)采空區(qū)儲水設(shè)施于1998年建成，通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，提出了煤礦分布式地下水庫的技術(shù)原理，攻克了一系列技術(shù)難題，創(chuàng)建了涵蓋設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行的煤礦分布式地下水庫技術(shù)體系；在采空區(qū)儲水技術(shù)的基礎(chǔ)上，于2010年建成了充分利用采空區(qū)空間儲水、采空區(qū)矸石對水體的過濾凈化、自然壓差輸水的“節(jié)能型、循環(huán)型、環(huán)保型、效益型”的煤礦分布式地下水庫，具有井下供水、井下排水、礦井水處理、水災(zāi)防治、環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排6大功能和優(yōu)勢。大柳塔煤礦分布式地下水庫儲水約710.49萬m3，實(shí)現(xiàn)了礦井水不外排，有效保護(hù)了地下水資源。

因井下生產(chǎn)用水全部取自井下水庫，不需地面供應(yīng)清水，如圖1所示，根據(jù)井下生產(chǎn)用水量統(tǒng)計(jì)，每年用清水量280萬m3，節(jié)省費(fèi)用4 200萬元；井下生產(chǎn)污水實(shí)現(xiàn)了零升井，就不存在井下污水升井處理的費(fèi)用，目前大柳塔井井下生產(chǎn)污水正常產(chǎn)生量為400 m3/h左右，每年因污水零升井就可以節(jié)約633.7萬元；大柳塔井井下涌水量每年約350萬方左右，井下水復(fù)用后，可節(jié)省排水電費(fèi)約88萬元；每年可節(jié)省泵房、管路維護(hù)人工費(fèi)用約582.3萬元；可節(jié)省管路維修、折舊費(fèi)用496萬元，每年可節(jié)約共計(jì)6 000萬元，極大的降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了礦井內(nèi)部水的重復(fù)循環(huán)利用。

圖1 分布式水庫地下工程實(shí)物圖

2.2 井下矸石排放置換技術(shù)

多年來大柳塔煤礦利用神東礦區(qū)成熟的房柱式采煤工藝，將多個(gè)工作面回撤輔巷、順槽與輔助運(yùn)輸大巷之間進(jìn)行三角煤柱開采，或者在工作面順槽掘進(jìn)時(shí)設(shè)計(jì)同時(shí)掘進(jìn)2個(gè)回風(fēng)順槽，既方便了后期工作面的安裝，又可進(jìn)行封閉后作為排矸巷使用。基于以上兩種掘進(jìn)設(shè)計(jì)提出了井下煤柱開采與井下矸石排放置換相結(jié)合，利用掘進(jìn)后的排矸巷排放井下矸石。應(yīng)用井下煤矸置換技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)輸距離短，井下車輛利用率低；減少燃料消耗，提高井下空氣質(zhì)量；減少運(yùn)順環(huán)節(jié)，降低運(yùn)輸成本；節(jié)約地面排矸用地，減少對環(huán)境的污染。每年大柳塔煤礦節(jié)約排矸費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用800萬元。

2.3 優(yōu)化巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，降低支護(hù)費(fèi)用

大柳塔煤礦是我國為數(shù)不多的“一礦兩井”類型煤礦，分為大柳塔井和活雞兔井。大柳塔井地質(zhì)條件簡單，煤層巖性穩(wěn)定，一定時(shí)期內(nèi)，巷道頂?shù)装遄冃挝⑿?。傳統(tǒng)的支護(hù)方法一般單從安全角度考慮未結(jié)合煤層地質(zhì)條件盲目加大了巷道頂幫的支護(hù)，造成部分支護(hù)過的錨桿或者錨索未起到支護(hù)作用，浪費(fèi)了支護(hù)材料，也降低了巷道掘進(jìn)速度。大柳塔煤礦技術(shù)人員結(jié)合煤礦地質(zhì)條件，大膽的優(yōu)化了支護(hù)設(shè)計(jì)，擴(kuò)大錨桿或者錨索的間排距，在保證安全前提下提高了區(qū)隊(duì)掘進(jìn)效率，優(yōu)化了支護(hù)參數(shù)、減少了支護(hù)材料，節(jié)約了成本。以52602、52601回撤通道、回撤輔巷及聯(lián)巷兩幫支護(hù)變更為例來詳細(xì)說明。52602、52601回撤通道原設(shè)計(jì)每排6根幫錨桿，變更為三花支護(hù)，即一排按照第1、3、5根錨桿，下一排支護(hù)第2、4、6根錨桿，依次類推，如圖2所示；52602、52601回撤輔巷及聯(lián)巷原設(shè)計(jì)每排4根幫錨桿，變更為三花支護(hù)，即一排按照支護(hù)1、3根錨桿，下一排支護(hù)第2、4根錨桿，依次類推，如圖3所示；若掘進(jìn)過程中，頂幫破碎嚴(yán)重，條件差的地方或出現(xiàn)斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，按照現(xiàn)場條件補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。從以上敘述可以看出，掘進(jìn)過程中，支護(hù)量基本減少了1/3，并且未降低對安全的重視，依據(jù)以上技術(shù)變更，大柳塔井連掘三隊(duì)每月節(jié)省約500萬元材料費(fèi)，同時(shí)每月進(jìn)尺平均增加200 m左右，極大的提高了掘進(jìn)效率，降低了工人們的勞動強(qiáng)度。

圖3 回撤輔巷及聯(lián)巷支護(hù)變更平面圖

圖2 回撤通道支護(hù)變更平面圖

3 提高煤炭回采率技術(shù)

3.1 順槽護(hù)巷煤柱部分回收技術(shù)

使用原有的開采方式和設(shè)備布置方式，在采煤過程中，由于順槽煤柱支撐巷道頂板，不能隨意開采，隨著采面的推進(jìn)，支撐煤柱就進(jìn)入了采空區(qū)，造成了20 m煤柱的浪費(fèi)，降低了工作面的回采率。針對以上問題，大柳塔煤礦在掘進(jìn)期間就進(jìn)行了巷道的優(yōu)化，將采面切眼延長至刮板機(jī)機(jī)尾順槽煤柱內(nèi)15 m左右，同時(shí)加強(qiáng)對剩余5 m煤柱的支護(hù)。依照以上采煤方法，實(shí)現(xiàn)了對尾巷順15 m左右槽煤柱的回采，節(jié)約了煤炭，提高了回采率，延長了礦井的服務(wù)年限。

3.2 “刀把子”布置工作面切眼與旺格維利采煤法相結(jié)合回采工藝

大柳塔礦在布置工作面時(shí)根據(jù)斷層及其它地質(zhì)條件嚴(yán)密規(guī)劃，為了回收靠近斷層的煤柱，一般布置成“刀把子”工作面，大大減少了井下煤資源的浪費(fèi)。如52601工作面是大柳塔煤礦5-2煤六盤區(qū)首采面，位于保安煤柱與F31斷層之間，如圖4所示。為了盡可能的回采斷層與切眼之間的三角煤，優(yōu)化了掘進(jìn)設(shè)計(jì)，利用“刀把子”方式布置工作面切眼，又利用旺格維利采煤法回采切眼后方煤柱，提高回采率，減少了煤炭的浪費(fèi)。

圖4 52601工作面新掘進(jìn)工藝布置平面圖

3.3 依據(jù)煤層實(shí)際情況選擇合理的采煤方法

選擇合理的采煤方法對工作面的安全高效生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益的提高、回采率的提高都有重要的意義。大柳塔煤礦依據(jù)活雞兔井及大柳塔井不同煤層厚度、傾角、瓦斯含量等內(nèi)部因素及員工的整體素質(zhì)、區(qū)隊(duì)的管理水平及設(shè)備機(jī)械化程度的高低等外部因素選擇了合理的采煤方法，如活雞兔井1-2煤復(fù)合區(qū)煤層采用綜放采煤法提高了回采率，降低了回采過程中危險(xiǎn)系數(shù)；大柳塔井5-2煤五盤區(qū)7 m大采高工作面采用走向長壁后退式一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，即簡化了回采的程序，又確保了高效、安全的生產(chǎn)。

4 結(jié)語

煤炭是我國主要的能源之一，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活需要等方面起著不可代替的作用，由于中國煤炭企業(yè)一直以來是粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，每年導(dǎo)致煤炭消耗與浪費(fèi)是非常巨大的。所以，探究煤炭節(jié)能減排現(xiàn)狀，尋找新的采煤工藝和方法，走可持續(xù)發(fā)展的能源之路顯得尤為重要。大柳塔煤礦積極響應(yīng)國家號召，倡導(dǎo)“綠色、環(huán)保、節(jié)能”理念，在煤炭的開采中，降低了生產(chǎn)成本，提高了大柳塔煤礦企業(yè)自身生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，也為其他煤炭企業(yè)的發(fā)展樹立了標(biāo)桿。