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摘要：地质因素在很大程度上影响着煤炭开采工艺。鉴于龙湖煤矿复杂的煤层赋存条件，对两相似的块段运用普采和炮采工艺的使用情况进行了技术经济对比，发现对于龙湖煤矿二采区的特殊地质条件，炮采工艺相对于高档普采较优越，应该优先采用炮采。
1龙湖煤矿井田地质概况
七台河矿区龙湖煤矿位于黑龙江省七台河市勃利县北兴农场境内，于市区之东，距市中心25公里，西邻富强、铁东、北岗煤矿，东部有岚峰、七峰等普查区。龙湖煤矿原设计为沈阳煤矿设计院所做，矿井设计生产能力为120力万t/a，开拓方式为立井多水平主要大巷分区石门的开拓方式。全矿井划分为三个水平:一水平标高为-100 m，二水平标高为-350 m，二水平标高为-600 m，开采方式均为上山开采。
七台河矿务局龙湖煤矿多数煤层厚度都在0.8—1.3米之间，地质条件复杂，开采条件不好，断层、褶曲及陷落柱和岩浆活动等均对煤炭生产造成了较大影响。因此，如何解决龙湖煤矿复杂地质条件下的薄煤层开采问题，对于提高资源相对采出率，实现类似条件下薄和极薄煤层开采具有重要意义。
2 各种地质构造对采区内开采的影响
(1)断层
该矿二采区断裂较为发育，勘探阶段共查明断层112条，落差大于100米的计41条，30米－100米计57条，落差小于30米的计14条，正断层计77条，逆断层计35条。走向断层计17条，斜交断层计95条。
当开拓断层两盘岩性较粗的张性断裂带以及断层破碎带时，地下水将通过构造裂隙直接渗入矿井，使涌水量明显增加。据抽水资料，抽水层段为粉细砂岩，水量小。根据钻孔岩芯节理裂隙调查得知，构造裂隙走向与断层走向基本一致。由于节理裂隙发育，断层破碎带富水性较强。另外，矿井开拓到积水层的岩段时，将会造成涌水量有所增加。
掘进工作面施工遇断层必须进行上下山施工，导致采煤时采面跳面搬家次数增加。如下图1所示：
图1 掘进工作面遇断层示意图
(2)褶曲
大部分轴面为直立状，即两翼地层倾斜相差不大，但局部地段不对称，即一翼地层倾斜较陡而另一翼则较缓。B5背斜北翼地层缓，而南翼地层陡。
普遍具有向东的倾伏趋势，即西部出露地层较老，而东部地层出露较新。这是总的规律。但局部地段也时有出现反向倾伏的，如X1向斜在15线附近如此。
所有褶皱由浅部向深部均有由波幅较大变为波幅较小，亦即由复杂变为简单趋。这一构造特点对于将来矿井开拓具有一定参考意义。
全区向背斜构造多，无法使用机采回采工艺，因为采煤工作面安装刮板运输机时只能使刮板运输机安装延伸到向背斜构造的轴部，而刮板运输机又不可能较大角度向下或向上弯曲，给综采运煤及采煤机沿工作面上下来回移动带来障碍。如下图所示。其次，工作面出现煤层变薄压薄带，断层及顶板破碎带等构造，如图所示。
煤层遇压薄带 煤层遇破碎带
图2压薄带和破碎带
(3)岩浆活动
全区岩浆活动可以分为两期。第一期为大规模侵入活动时期，岩浆侵入煤系地层之中呈岩床产出。镜下鉴定为闪长玢岩。在该矿有3个岩体。第一个岩体是B1背斜以北、14－1 9線间的岩体。最厚可达150米，一般为109米，向西、向南变薄，侵入于52－55号煤层之间。分布在本区东南部还有两个岩体。一个是15线以东67上－71号煤层之间的岩体，一般厚度100米左右，无镜下鉴定资料，肉眼览定为闪长玢岩，向西部变薄，15线厚仅为20米。第三个岩体为61－63号煤层之间的侵入岩体，此岩体西缘为16线所见，向东向南部增厚，至17线最厚可达400米，18线南部串层上侵到58上号煤层之上部，沿走向到19线，分叉两层，其上层侵至54A－56号煤层之间，镜下鉴定为闪长玢岩。
本期岩体侵入时期较早，在褶皱与断裂活动之前侵入于煤系地层之中，是燕山运动的早期产物，因此，随褶皱而褶皱，遇断裂而被切断。
第二期岩体以岩盖形态产出，覆盖于含煤地层之上。分布在15线以东的高山顶部。其形成时期较晚，在褶皱断裂运动之后喷出地表，是燕运动的晚期产物，其岩性经镜下鉴定为安山岩。
(4)煤层结构变化特征
含煤地层为上侏罗统鸡西群滴道组和城子河组。煤系地层总厚2060米，含煤105层，煤层总厚度73.77米，含煤系数为3.58﹪，其中可采和局部可采煤层41层，可采煤层总厚40.93米。仅57号煤层局部地段为厚煤层，其余为中厚煤层及薄煤层，而以薄煤层居多，可采煤层多分布在城子河组中部及下部。城子河组上部因成煤期逐渐退弱，可采煤层较少。滴道组因其居下部层位，在本区仅赋于F18－F75断层之间的背斜轴部，范围很小，多为复结构煤层，且稳定性差。
全区煤层数多，煤层赋存范围和厚度变化上有明显规律性。
(5)各种地质构造对采煤方法的影响的具体表现
①综采工作面等长受到影响： 综采工作面要求上下巷平行，目的是保证采面长度不会有太大变化，工作面长度比较稳定，综采工作面安装完毕后，再想增减综采工作面支架的数量就相当困难，而不能象炮采普采那样容易地增减单体液压支柱的数量。本区由于地质条件的影响，采煤工作面上下巷保持平行是难以实现的。在掘进施工时，经常会遇到断层。为了保证沿煤层正常掘进施工，尽可能地减少运输设备的台数，采煤工作面下巷(运输)掘进就必须进行定向上下山施工。采煤工作面的上巷(回风巷)掘进，虽不必考虑运输设备台数的问题，但必须改变原有巷道方向，向左或向右掘进平巷穿过断层去抓煤层，这必然增加了采煤时跳面搬家的次数，造成了工作面长度不稳定或上下巷不平行等问题的出现，造成了综合机械化采煤回采工艺使用上的技术不可行、经济不合理。
②工作面频繁搬家无法避免。综采工作面搬家次数要求尽量少，这是众所周知的。龙湖煤矿二采区块段小，块段多，块段储量相对较小，块段储量一般在0.5—8.0万吨。二采区搬家跳面次数相当频繁，仅2005年龙湖矿二采区两个采煤队搬家跳面次数达13次。而综采工作面搬家跳面相当困难，少则半月，多者两个月。对综采来说，跳面搬家频繁就意味着制约工作面的高产高效。
③适合薄煤层的综采液压支架种类较少，大部分综采液压支架的支护高度范围一般不是很大，而龙湖煤矿二采区采高变化大，压薄带多，采高最小在0.3～0.5m之间，最大在2.5～2.8m之间。目前为止还没有能适合这么大采高变化的综采液压支架。
④采煤机的使用受到影响：龙湖矿二采区实际回采试验结果表明，普采的事故率相当高。由于经常遇到煤层厚度变薄、小断层、破碎带或局部岩石侵入等，造成了采高小于采煤机截割部，滚筒截齿割岩石的情况，采面不得不经常采用凿岩机打眼爆破岩石。褶曲的出现造成了工作面底板不平，这使得刮板运输机磨损严重，甚至超过刮板运输机的可承受弯曲程度等。
综合①—④可以看出，龙湖矿二采区采用综采工艺是不利的。采区也曾经考虑过安装绳锯式采煤回采工艺设备，但绳锯式采煤回采工艺对龙湖煤矿这些复杂地质条件也有相当局限性。绳锯式采煤回采工艺要求工作面煤层倾角必须在30°以上，目的就是要求落煤以后，落下的煤能在自身重力作用下沿煤层底板滑向下顺槽，同时要求煤质硬度不能太大，采高变化最薄处必须能允许绳锯割刀通过，不能有较大断层构造，绳锯式采煤回采工艺最重要的一点要求煤层顶板必须有缓慢下沉的特点，否者会影响落煤下滑或割刀通过。
3 与地质条件相适应的开采方法
为了解决龙湖煤矿及龙湖煤矿二采区最佳工艺方式选择这一问题，作者在对龙湖煤矿二采区乃至在整个龙湖煤采用综采进行分析研究的基础上，又对龙湖矿二采区采用普采、炮采进行了深入研究。选择两地质提条件相似的区域，分别采用普采和炮采工艺。右四片58上块段回采时间是2006年1月至3月中旬。块段走向长280m，倾斜长120 m，平均采高1.3 m，面积33600 m2，地质储量6万t，可采储量5.7万t。采煤队组为47021采煤队；采煤方法为走向长壁后退式；回煤工艺为高档普采；采煤机组为MG80/200-BW；顶板管理方法为全部垮落法；支护方式为四排六柱。左四片58上块段回采时间是2006年3月中旬至7月末。块段走向长440m，倾斜长120 m，平均采高1.3 m，面积：52800 m2，地质储量9.5万t，可采储量8.5万t。采煤队组为47021采煤队；采煤方法为走向长壁后退式；回煤工艺为炮采；落煤方式为风煤钻打眼，人工正向装药，放炮器起爆，爆破落煤。假定其他条件均相同的情况下，普采和炮采部分参数如下表1所示：
表1 普采与炮采有关经济技术指标的对比[1]
采条件下，采用炮采比普采好。因此炮采应是二采区优先采用的回采工艺。
4结论
龙湖煤矿二采区由于断层、褶曲和岩浆活动等地质因素的影响，不适合采用综采工艺；
经过技术和经济比较，在该矿二采区采用炮采比高档普采优越。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
1龙湖煤矿井田地质概况
七台河矿区龙湖煤矿位于黑龙江省七台河市勃利县北兴农场境内，于市区之东，距市中心25公里，西邻富强、铁东、北岗煤矿，东部有岚峰、七峰等普查区。龙湖煤矿原设计为沈阳煤矿设计院所做，矿井设计生产能力为120力万t/a，开拓方式为立井多水平主要大巷分区石门的开拓方式。全矿井划分为三个水平:一水平标高为-100 m，二水平标高为-350 m，二水平标高为-600 m，开采方式均为上山开采。
七台河矿务局龙湖煤矿多数煤层厚度都在0.8—1.3米之间，地质条件复杂，开采条件不好，断层、褶曲及陷落柱和岩浆活动等均对煤炭生产造成了较大影响。因此，如何解决龙湖煤矿复杂地质条件下的薄煤层开采问题，对于提高资源相对采出率，实现类似条件下薄和极薄煤层开采具有重要意义。
2 各种地质构造对采区内开采的影响
(1)断层
该矿二采区断裂较为发育，勘探阶段共查明断层112条，落差大于100米的计41条，30米－100米计57条，落差小于30米的计14条，正断层计77条，逆断层计35条。走向断层计17条，斜交断层计95条。
当开拓断层两盘岩性较粗的张性断裂带以及断层破碎带时，地下水将通过构造裂隙直接渗入矿井，使涌水量明显增加。据抽水资料，抽水层段为粉细砂岩，水量小。根据钻孔岩芯节理裂隙调查得知，构造裂隙走向与断层走向基本一致。由于节理裂隙发育，断层破碎带富水性较强。另外，矿井开拓到积水层的岩段时，将会造成涌水量有所增加。
掘进工作面施工遇断层必须进行上下山施工，导致采煤时采面跳面搬家次数增加。如下图1所示：
图1 掘进工作面遇断层示意图
(2)褶曲
大部分轴面为直立状，即两翼地层倾斜相差不大，但局部地段不对称，即一翼地层倾斜较陡而另一翼则较缓。B5背斜北翼地层缓，而南翼地层陡。
普遍具有向东的倾伏趋势，即西部出露地层较老，而东部地层出露较新。这是总的规律。但局部地段也时有出现反向倾伏的，如X1向斜在15线附近如此。
所有褶皱由浅部向深部均有由波幅较大变为波幅较小，亦即由复杂变为简单趋。这一构造特点对于将来矿井开拓具有一定参考意义。
全区向背斜构造多，无法使用机采回采工艺，因为采煤工作面安装刮板运输机时只能使刮板运输机安装延伸到向背斜构造的轴部，而刮板运输机又不可能较大角度向下或向上弯曲，给综采运煤及采煤机沿工作面上下来回移动带来障碍。如下图所示。其次，工作面出现煤层变薄压薄带，断层及顶板破碎带等构造，如图所示。
煤层遇压薄带 煤层遇破碎带
图2压薄带和破碎带
(3)岩浆活动
全区岩浆活动可以分为两期。第一期为大规模侵入活动时期，岩浆侵入煤系地层之中呈岩床产出。镜下鉴定为闪长玢岩。在该矿有3个岩体。第一个岩体是B1背斜以北、14－1 9線间的岩体。最厚可达150米，一般为109米，向西、向南变薄，侵入于52－55号煤层之间。分布在本区东南部还有两个岩体。一个是15线以东67上－71号煤层之间的岩体，一般厚度100米左右，无镜下鉴定资料，肉眼览定为闪长玢岩，向西部变薄，15线厚仅为20米。第三个岩体为61－63号煤层之间的侵入岩体，此岩体西缘为16线所见，向东向南部增厚，至17线最厚可达400米，18线南部串层上侵到58上号煤层之上部，沿走向到19线，分叉两层，其上层侵至54A－56号煤层之间，镜下鉴定为闪长玢岩。
本期岩体侵入时期较早，在褶皱与断裂活动之前侵入于煤系地层之中，是燕山运动的早期产物，因此，随褶皱而褶皱，遇断裂而被切断。
第二期岩体以岩盖形态产出，覆盖于含煤地层之上。分布在15线以东的高山顶部。其形成时期较晚，在褶皱断裂运动之后喷出地表，是燕运动的晚期产物，其岩性经镜下鉴定为安山岩。
(4)煤层结构变化特征
含煤地层为上侏罗统鸡西群滴道组和城子河组。煤系地层总厚2060米，含煤105层，煤层总厚度73.77米，含煤系数为3.58﹪，其中可采和局部可采煤层41层，可采煤层总厚40.93米。仅57号煤层局部地段为厚煤层，其余为中厚煤层及薄煤层，而以薄煤层居多，可采煤层多分布在城子河组中部及下部。城子河组上部因成煤期逐渐退弱，可采煤层较少。滴道组因其居下部层位，在本区仅赋于F18－F75断层之间的背斜轴部，范围很小，多为复结构煤层，且稳定性差。
全区煤层数多，煤层赋存范围和厚度变化上有明显规律性。
(5)各种地质构造对采煤方法的影响的具体表现
①综采工作面等长受到影响： 综采工作面要求上下巷平行，目的是保证采面长度不会有太大变化，工作面长度比较稳定，综采工作面安装完毕后，再想增减综采工作面支架的数量就相当困难，而不能象炮采普采那样容易地增减单体液压支柱的数量。本区由于地质条件的影响，采煤工作面上下巷保持平行是难以实现的。在掘进施工时，经常会遇到断层。为了保证沿煤层正常掘进施工，尽可能地减少运输设备的台数，采煤工作面下巷(运输)掘进就必须进行定向上下山施工。采煤工作面的上巷(回风巷)掘进，虽不必考虑运输设备台数的问题，但必须改变原有巷道方向，向左或向右掘进平巷穿过断层去抓煤层，这必然增加了采煤时跳面搬家的次数，造成了工作面长度不稳定或上下巷不平行等问题的出现，造成了综合机械化采煤回采工艺使用上的技术不可行、经济不合理。
②工作面频繁搬家无法避免。综采工作面搬家次数要求尽量少，这是众所周知的。龙湖煤矿二采区块段小，块段多，块段储量相对较小，块段储量一般在0.5—8.0万吨。二采区搬家跳面次数相当频繁，仅2005年龙湖矿二采区两个采煤队搬家跳面次数达13次。而综采工作面搬家跳面相当困难，少则半月，多者两个月。对综采来说，跳面搬家频繁就意味着制约工作面的高产高效。
③适合薄煤层的综采液压支架种类较少，大部分综采液压支架的支护高度范围一般不是很大，而龙湖煤矿二采区采高变化大，压薄带多，采高最小在0.3～0.5m之间，最大在2.5～2.8m之间。目前为止还没有能适合这么大采高变化的综采液压支架。
④采煤机的使用受到影响：龙湖矿二采区实际回采试验结果表明，普采的事故率相当高。由于经常遇到煤层厚度变薄、小断层、破碎带或局部岩石侵入等，造成了采高小于采煤机截割部，滚筒截齿割岩石的情况，采面不得不经常采用凿岩机打眼爆破岩石。褶曲的出现造成了工作面底板不平，这使得刮板运输机磨损严重，甚至超过刮板运输机的可承受弯曲程度等。
综合①—④可以看出，龙湖矿二采区采用综采工艺是不利的。采区也曾经考虑过安装绳锯式采煤回采工艺设备，但绳锯式采煤回采工艺对龙湖煤矿这些复杂地质条件也有相当局限性。绳锯式采煤回采工艺要求工作面煤层倾角必须在30°以上，目的就是要求落煤以后，落下的煤能在自身重力作用下沿煤层底板滑向下顺槽，同时要求煤质硬度不能太大，采高变化最薄处必须能允许绳锯割刀通过，不能有较大断层构造，绳锯式采煤回采工艺最重要的一点要求煤层顶板必须有缓慢下沉的特点，否者会影响落煤下滑或割刀通过。
3 与地质条件相适应的开采方法
为了解决龙湖煤矿及龙湖煤矿二采区最佳工艺方式选择这一问题，作者在对龙湖煤矿二采区乃至在整个龙湖煤采用综采进行分析研究的基础上，又对龙湖矿二采区采用普采、炮采进行了深入研究。选择两地质提条件相似的区域，分别采用普采和炮采工艺。右四片58上块段回采时间是2006年1月至3月中旬。块段走向长280m，倾斜长120 m，平均采高1.3 m，面积33600 m2，地质储量6万t，可采储量5.7万t。采煤队组为47021采煤队；采煤方法为走向长壁后退式；回煤工艺为高档普采；采煤机组为MG80/200-BW；顶板管理方法为全部垮落法；支护方式为四排六柱。左四片58上块段回采时间是2006年3月中旬至7月末。块段走向长440m，倾斜长120 m，平均采高1.3 m，面积：52800 m2，地质储量9.5万t，可采储量8.5万t。采煤队组为47021采煤队；采煤方法为走向长壁后退式；回煤工艺为炮采；落煤方式为风煤钻打眼，人工正向装药，放炮器起爆，爆破落煤。假定其他条件均相同的情况下，普采和炮采部分参数如下表1所示：
表1 普采与炮采有关经济技术指标的对比[1]
采条件下，采用炮采比普采好。因此炮采应是二采区优先采用的回采工艺。
4结论
龙湖煤矿二采区由于断层、褶曲和岩浆活动等地质因素的影响，不适合采用综采工艺；
经过技术和经济比较，在该矿二采区采用炮采比高档普采优越。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看