薄煤層無煤柱開采技術(shù)實(shí)踐的研討

趙順法 高雄飛

(濟(jì)源鶴濟(jì)順達(dá)煤業(yè)有限公司,河南濟(jì)源 459000)

薄煤層無煤柱開采技術(shù)實(shí)踐的研討

趙順法 高雄飛

(濟(jì)源鶴濟(jì)順達(dá)煤業(yè)有限公司,河南濟(jì)源 459000)

本文結(jié)合作者多年從事煤炭行業(yè)對(duì)薄煤層無煤柱開采技術(shù)實(shí)踐進(jìn)行了詳細(xì)的分析探討。實(shí)踐證明,無煤柱開采是合理開發(fā)利用煤炭資源、提高回采率、降低掘進(jìn)率、減少巷道維護(hù)費(fèi)、提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施之一,是在開采工藝上的一項(xiàng)重要改革。在條件合適的煤層要積極推行無煤柱開采技術(shù)。

煤炭 無煤柱開采 沿空留巷

1 礦井簡(jiǎn)介

濟(jì)源鶴濟(jì)順達(dá)煤業(yè)有限公司位于濟(jì)源市下冶鎮(zhèn)曹腰村境內(nèi)，距下冶鎮(zhèn)政府約3km，距濟(jì)源市約55km。礦井二立一斜混合開拓，所采煤層為二4煤層和一1煤層，煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度在0.5～1.2m，平均厚度0.7，傾角5°～9°。首采二4煤層，一1煤層為續(xù)接煤層。礦井為低瓦斯礦井，瓦斯絕對(duì)涌出量0.43m3/min，相對(duì)涌出量3.42m3/t。正常涌水量10～15m3/h，最大涌水量為40 m3/h。一1煤層的直接頂板為太原組底部的灰?guī)r，局部相變?yōu)樯皫r，平均厚度4.3m，頂板巖石堅(jiān)硬，裂隙較發(fā)育，穩(wěn)定性較好。煤層底板巖性為鋁土質(zhì)泥巖，厚3-33.40m；二4煤層的頂板巖性為砂質(zhì)泥巖及泥巖，厚約15m，穩(wěn)定性較好；底板巖性為炭質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖，厚度40-70m，井田面積3.3203km2；礦井地質(zhì)儲(chǔ)量272.0萬t。

2 實(shí)驗(yàn)采煤工作面沿空留巷概況

(1)鶴濟(jì)順達(dá)煤業(yè)有限公司分為兩個(gè)煤層一1煤層和二4煤層，一1煤層為續(xù)接煤層，現(xiàn)無開采。二4煤層為我礦的開采煤層，分為兩個(gè)采區(qū)，設(shè)計(jì)有七個(gè)工作面。其中已經(jīng)回采工作面為21206。開采二4煤層，煤層平均厚度0.7m-1.0m，煤層傾角6°，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，根據(jù)物探報(bào)告顯示此工作面范圍內(nèi)沒有構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

(2)21206工作面頂板巖性為砂質(zhì)泥巖及泥巖，厚約15m，巖石抗壓強(qiáng)度42-50MPa，當(dāng)頂板巖性為砂質(zhì)泥巖，頂板巖層層面光滑，裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性較好；當(dāng)頂板巖性為泥巖時(shí)，巖石破碎，穩(wěn)定性差，易坍塌，需要用11#工字鋼棚和錨桿同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，錨桿采用Ф20×2400mm左螺旋金屬錨桿，蓋板使用金屬托板100mm×100mm×10mm，錨網(wǎng)采用金屬鋼板網(wǎng)，網(wǎng)格160×80mm；排距700mm，每孔使用3根K2335樹脂錨固劑，對(duì)破碎帶進(jìn)行全面支護(hù)。底板巖性為炭質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖，厚度40-70m，巖石抗壓強(qiáng)度15-60MPa。

3 實(shí)施方案和留巷工藝的研究?jī)?nèi)容

(1)21206工作面簡(jiǎn)介：此位于礦區(qū)的東部，有南向北前進(jìn)式開采，走向長度300m，上順槽設(shè)計(jì)長度為298m，下順槽設(shè)計(jì)長度為280m，切眼設(shè)計(jì)長度為80m，煤厚0.7m-1.0m，頂板為砂質(zhì)泥巖及泥巖，底板巖性為炭質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖。

(2)掘進(jìn)巷道設(shè)計(jì)為矩形斷面，用11#工字鋼棚支護(hù)，鋼梁長度為2400mm，柱腿長度為2250mm，棚距間距為1000mm。當(dāng)頂板為砂質(zhì)泥巖時(shí)，只采用工字鋼架棚支護(hù)；當(dāng)頂板為泥巖時(shí)，采用工字鋼棚和錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

(3)施工方式：21206工作面采用前進(jìn)式采煤方法，回采前先超前工作面3m掘進(jìn)好巷道，采用“11#工字鋼棚”支護(hù)(頂板破碎則采用工字鋼棚和錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù))?；夭珊?，沿上、下順槽留巷巷道內(nèi)側(cè)邊緣2.5m以外的頂板全部垮落，以采空區(qū)1.5m范圍內(nèi)垮落頂板矸石砌筑支護(hù)垛作為沿空護(hù)巷墻體。工作面每推進(jìn)兩個(gè)循環(huán)(2m)，砌筑一次沿空護(hù)巷體，利用噴漿機(jī)往矸石垛內(nèi)注漿瞇縫，使之膠結(jié)成整體，充分和頂、底板接觸，起到墻體支護(hù)頂板的作用。

(4)沿空留巷：在30m范圍內(nèi)的留設(shè)巷道兩側(cè)用單體柱π型梁加打抬棚進(jìn)行加固，切眼用單體液壓支柱配π型鋼梁臨時(shí)支護(hù)，該段采空區(qū)則用強(qiáng)制放頂法放頂，減小該段頂板的壓力。根據(jù)21206工作面設(shè)計(jì)的上、下順槽的寬度留設(shè)混合護(hù)墻體柱，體柱的規(guī)格為1.5m×2.0m，間距1.5m，再用噴漿機(jī)對(duì)柱體瞇縫加固，一般3-5天可以達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度，巷內(nèi)基本支護(hù)用工字鋼棚和錨桿。當(dāng)護(hù)墻體柱達(dá)到強(qiáng)度后移去該段的單體柱，依這樣循環(huán)向前推進(jìn)。作為工作面下塊的進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷。

4 無煤柱開采的“一通三防”情況

4.1 通風(fēng)措施

無煤柱開采對(duì)通風(fēng)的最大影響是上風(fēng)巷風(fēng)流進(jìn)入上階段老塘，形成擴(kuò)散通風(fēng)。在沿空留巷布置時(shí)，對(duì)留巷進(jìn)行了分段臨時(shí)封閉，上階段順槽在回采時(shí)已碼垛封閉，解決了擴(kuò)散通風(fēng)問題；采用上提順槽布置時(shí)，也對(duì)留巷進(jìn)行了分段臨時(shí)封閉。

階段煤柱上夠時(shí)，采用風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)，保證回采有足夠的風(fēng)量。對(duì)于羽狀斷層帶，采用從上盤到下盤分盤準(zhǔn)備、分盤開采的方法，并及時(shí)加設(shè)風(fēng)門，解決了采掘通風(fēng)問題。

4.2 瓦斯?fàn)顩r

新楊煤礦是低瓦斯礦井，工作面上風(fēng)巷風(fēng)流中CH濃度一般在0.1%以下，最大不超過0.15%。由于采取無煤柱開采，上階段老塘瓦斯?jié)舛群苄。扇∩蠅蛎褐_采揭開老塘?xí)r，上隅角CH4濃度一般在0.08%以下，很少超過0.1%，從未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。

4.3 防滅火情況

無煤柱開采對(duì)防火工作尤為有利。由于工作面回采率高達(dá)99.5%以上，底板光滑無遺煤，因此老塘沒有殘煤可以氧化發(fā)熱，更無煤燃燒。所有封閉墻內(nèi)無CO，CO2濃度一般為0.06%～0.15%，最大不超過4.5%；CH4濃度一般在0.2%～2.5%之間，最大4.5%；溫度一般在20℃～22℃之間，最高25℃?？梢哉f，準(zhǔn)備齊全的防滅火灌漿系統(tǒng)也就無從發(fā)揮作用了。

5 實(shí)踐效果

(1)我礦采用沿空留巷后，減少了回采巷道的掘進(jìn)，提高了巷道使用率，加快了回采工作面的布置，避免了回采工作面的采掘失調(diào)、接續(xù)緊張；(2)采掘管理得到了更好的成效，生產(chǎn)更加集中，增加了全礦井的安全可靠性；(3)減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境；(4)沿空留巷省去了工作面的煤柱，大大提高了資源回收率，使煤炭資源的回采率提高3%～6%；(5)大量利用了工業(yè)廢渣，減輕了環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境。

6 結(jié)語

實(shí)踐證明，薄煤層無煤柱開采是合理開發(fā)利用煤炭資源、提高回采率、降低掘進(jìn)率、減少巷道維護(hù)費(fèi)、提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施之一，對(duì)無煤柱開采的不同方式及其適應(yīng)條件進(jìn)行研究，選擇合適本區(qū)的無煤柱開采方式，組織試驗(yàn)，推廣時(shí)要由點(diǎn)到面，對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題要及時(shí)進(jìn)行分析，制訂有針對(duì)性安全技術(shù)措施，結(jié)合具體的煤層賦存和開采技術(shù)條件分析預(yù)測(cè)其經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)當(dāng)前不可再生資源最大限度的利用和開展節(jié)能環(huán)保工作具有重要意義，對(duì)實(shí)踐使用薄煤層無煤柱開采掌握了沿空掘巷和沿空留巷礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律。