煤礦礦井煤柱回收方案研究與應(yīng)用

摘 要：以清河二礦大巷煤柱回收方案為例，對礦井煤柱回收開采的技術(shù)和方法進行了探討，以期為煤礦開采工程的發(fā)展提供才考和借鑒。

關(guān)鍵詞：煤礦；礦井；煤柱；采空區(qū)

中圖分類號：TD823 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.106

眾所周知，煤炭資源屬于不可再生性資源。而隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，煤炭的開采量逐漸加大，煤炭資源在日趨減少。在礦井開采過程中，常剩下不少煤柱和邊角煤，這樣不僅造成了浪費，還易引發(fā)火災(zāi)。為了最大限度地回收煤炭資源，尤其是稀缺煤種，必須“精采、細(xì)采”，并延長礦井的服務(wù)年限。目前，對于煤炭開采技術(shù)人員而言，仍需要不斷探索提高資源回收率的技術(shù)。因此，研究煤柱的回收問題具有較大的現(xiàn)實意義。本文以清河二礦大巷煤柱回收方案為例，分析了現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)，以期在合理開采的前提下，優(yōu)化大巷煤柱的開采過程。

1 礦井概述

清河二礦現(xiàn)8#煤層已開采殆盡，現(xiàn)井田范圍內(nèi)可布置工作面回采的8#煤僅剩南村壓煤2.5×105 t，受村莊搬遷的影響，目前已不可采，且無剩余資源。為了合理調(diào)整礦井的服務(wù)年限，計劃回收清河二礦現(xiàn)8#煤層部分的大巷煤柱。對于礦井煤柱回收而言，主要內(nèi)容為大巷保護煤柱的開采設(shè)計。按照井下地質(zhì)構(gòu)造和大巷保護煤柱的留設(shè)情況，共設(shè)計了四部分回收煤柱。具體計劃中，先回收三部分皮帶大巷煤柱，回收結(jié)束后，如果南村能搬遷，則布置正規(guī)的工作面回收村莊壓煤；如果村莊搬遷在短期內(nèi)無法完成，不再考慮回收南村壓煤，依次回收第二部分皮帶機尾塊段、中部塊段，最后在關(guān)井前回收火藥庫壓煤。

2 煤柱回收巷道的布置

據(jù)爐嘉兩礦和我礦8#煤的開采規(guī)律，靠近采空區(qū)3～10 m的區(qū)域為礦山壓力緩慢升高區(qū)，距采空區(qū)10 m以上的為壓力急劇升高區(qū)，礦山壓力峰值出現(xiàn)在15 m左右。本次設(shè)計距采空區(qū)5 m處留設(shè)了煤柱布置工作面順槽，回收了大巷煤柱，且在采掘過程中加強了對礦山壓力的監(jiān)測。

3 煤柱回收工作面概況

3.1 地面標(biāo)高和四鄰關(guān)系

按照煤柱回收順序，首采工作面為1#工作面，布置在第三部分皮帶大巷塊段。1#工作面位于礦井中部，地面為山脊、溝谷，地面標(biāo)高為1 210～1 286 m，工作面標(biāo)高為1 055～1 095 m。煤柱回收1#工作面上覆有宣巖溝和宣巖溝4#煤采空區(qū)，北鄰我礦1808工作面和1805工作面的采空區(qū)，南鄰皮帶大巷，西鄰1810皮帶巷，東鄰礦界。

3.2 工作面地質(zhì)概況

煤柱回收1#工作面主采8#煤層，平均厚度為4.46 m。8#煤層屬石炭系上統(tǒng)太原組，工作面內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層頂板為L1石灰?guī)r，底板為黑灰色泥巖，工作面內(nèi)部不具備存水條件，大多數(shù)被嘉樂泉礦排水疏干。

3.3 工作面巷道的布置

工作面巷道的布置分為以下9步：①煤柱回收1#工作面采用后退式回采。由于礦井初步設(shè)計中皮帶大巷沿8#煤底板布置，軌道大巷沿8#煤頂板布置，為了充分利用礦井的原有巷道，并考慮到煤柱切眼長度的影響，本次回收采用單層開采的方式，不再進行上、下分層開采。②開采面地理位置分析。煤柱回收1#工作面位于井田中部，北面為1808采空區(qū)，南面為F8斷層。③工作面巷道布置的依據(jù)為減少煤柱損失量、巷道掘進量，因此，應(yīng)合理利用皮帶下山作為工作面的進風(fēng)順槽，并沿1808采空區(qū)停采線留設(shè)5 m的凈煤柱掘進回風(fēng)順槽。④回風(fēng)順槽的長度為294 m，巷道沿8#煤頂板掘進，巷道采用礦用11#工字鋼金屬棚梯形斷面支護，斷面面積為6.16 m2，主要用于回風(fēng)、運輸和行人通行。⑤進風(fēng)順槽的長度為252.7 m，第三部分的巷道采用礦用11#工字鋼金屬棚梯形斷面支護，斷面面積為6.16 m2，主要用于出煤、行人通行。⑥切眼長度為61.8 m，回風(fēng)順槽掘進距離為294 m，在1808集中運煤巷留設(shè)5 m的煤柱，沿8#煤頂板掘進，進而與軌道大巷貫通。⑦工作面布置的原則為“盡量減少煤柱回收的損失”。由于皮帶大巷沿8#煤底板掘進，軌道大巷沿8#煤頂掘進，因此，工作面設(shè)計為軌道下山的方式，始終保持工作面本層空巷，這樣做的維護量較小，且有利于空巷和工作面的頂板管理工作順利開展。⑧工作面回收至53.8 m處時會過一聯(lián)絡(luò)巷，計劃采用斜交的方式通過；礦井202.6 m處為避難硐室，停采線位置為避難硐室前5 m處。⑨由于工作面過空巷較多，因此，應(yīng)在距工作面推進的前50 m處實施瓦斯安全排放措施；測定巷道貫通點，填充貫通點以下的空巷，對貫通點以上的空巷進行木垛接頂，并提前加固貫通點的空巷，具體施工方案應(yīng)根據(jù)工作面的實際推進情況和頂板情況確定。

3.4 掘進工藝

掘進沿煤層頂板采用炮掘全斷面一次起爆方式掘進，膠帶輸送機、溜子配合出煤、矸。循環(huán)進度為1米，掘進工藝：打眼—裝藥—聯(lián)線—爆破—臨時支護—出渣—永久支護。

4 工作面的主要技術(shù)參數(shù)

工作面初采切眼長度為85.5 m，推進長度為250 m，采高為2.3 m；工作面回采循環(huán)進度為0.6 m，回采率為95%，正規(guī)循環(huán)率為85%；采用“三八”工作制，即兩班生產(chǎn)、一班檢修。

5 采煤方法和技術(shù)特征

根據(jù)礦現(xiàn)有裝備和地質(zhì)條件，該工作面采用傾斜長壁后退式開采，即高檔普采工藝，并采用全部垮落法管理頂板。工作面裝備6MG-200采煤機、SGW630/220刮板輸送機，采用DZ-25型單體液壓支柱，并利用2.6 m的π型鋼梁鋪設(shè)10#鐵絲頂網(wǎng)管理頂板；兩端頭的支護使用DZ-25型單體液壓支柱，并與3.2 m的π型鋼梁組成四對八梁支護；機頭、機尾兩順槽端頭均采用密集支柱切頂，單排密集從煤柱側(cè)打至工作面與四對八梁切頂線連接。由于煤柱回收1#工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，所以，會出現(xiàn)壓力集中的現(xiàn)象，因此，需要將回采期間兩巷的超前支護設(shè)計為50 m，并采用雙排單體液壓支柱配合3.2 m的鋼梁支護。

工作面采用三、四排支柱控頂，支護形式為錯梁直線柱布置，交替邁步，邁步步距為1.2 m，組距為0.7 m，排距為0.6 m，對梁間距為0.2 m，一梁三柱配合切頂柱。工作面的最小控頂距為3.4 m，最大控頂距為4 m，放頂步距為0.6 m，機道寬度為1.5 m。

6 通風(fēng)方式

掘進軌道順槽采用局部通風(fēng)機壓入式通風(fēng)的方式?；夭善陂g采用兩進一回系統(tǒng)：1#煤柱回收皮帶順槽、原軌道大巷進風(fēng)→1#煤柱回收切眼→1#煤柱回收軌道順槽→集中軌道大巷回風(fēng)→總回風(fēng)巷→風(fēng)井。

7 礦壓觀測

7.1 掘進期的礦壓觀測

對煤柱回收1#工作面軌道順槽巷道變形觀測的方法為：分段、定期地觀測棚梁變形下沉量和棚腿岔角的變化情況。

7.2 回采期的礦壓觀測

在回采期，主要觀測工作面、端頭、超前支護段的頂板活動規(guī)律，掌握好壓力分布的特點，并根據(jù)頂板、煤層的穩(wěn)定性定期分析，從而及時調(diào)整支護方式。觀測方法為：監(jiān)測范圍內(nèi)每30 m布置2個測點，端頭段布置2個測點，超前支護段每10 m布置1個測點，共計10個測點；每班利用壓力表觀測14個測點。

7.3 支護質(zhì)量監(jiān)測

不定期地動態(tài)檢查工作面和巷支護的質(zhì)量，內(nèi)容包括支柱的初撐力、煤壁片幫情況、梁端距、采高、端面頂板冒落情況、兩巷單體支柱的初撐力和超前支護的質(zhì)量等。

8 結(jié)束語

綜上所述，本文提出的煤柱回收方案簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)，減少了礦井維護、管理和折舊等費用，有效地提高了礦井資源回收率，確保了安全生產(chǎn)。

參考文獻

[1]張榮立，何國緯.采礦工程設(shè)計手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：鄧國柱（1988—），男，2009年畢業(yè)于山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，煤礦開采技術(shù)（大專），2013年畢業(yè)于中國（北京）礦業(yè)大學(xué)，采礦工程（本科），助理工程師。

〔編輯：張思楠〕