井筒保護(hù)煤柱回采方法研究

彭信明

為了研究復(fù)雜地質(zhì)條件下井筒保護(hù)煤柱有效回采方法，提出了采用巷式充填開采方法對(duì)保護(hù)煤柱進(jìn)行回采并依此提出了兩種開采方案，通過對(duì)比分析，表明巷式充填開采方法對(duì)控制井筒變形效果較好，可以為類似地質(zhì)采礦條件下井巷保護(hù)煤柱的回收提供參考。

對(duì)于井筒與工業(yè)廣場(chǎng)煤柱開采技術(shù)的研究不僅可以延緩礦井服務(wù)時(shí)間，解決煤礦工人就業(yè)問題，而且也可以充分挖掘煤炭資源。具有很重要的現(xiàn)實(shí)與經(jīng)濟(jì)意義，同時(shí)國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)井巷保護(hù)煤柱回采方面做了大量研究工作，并得出了寶貴的研究成果。筆者以韓王礦工程實(shí)踐為例，研究了巷式充填開采對(duì)控制井筒變形的效果，為類似采礦地質(zhì)條件下井筒保護(hù)煤柱的回采提供借鑒。

工程地質(zhì)條件

焦煤集團(tuán)韓王煤礦目前處于開采后期，2012年9月建成了粉煤灰基膨脹材料自流充填系統(tǒng)，目前正在采用巷式充填開采方法回采主副斜井保護(hù)煤柱。井筒保護(hù)煤柱四周為采空區(qū)，煤柱內(nèi)應(yīng)力較為集中，頂板較破碎。主、副井保護(hù)煤柱厚5.0-6.0m，平均5.3m，可采性指數(shù)為1，屬穩(wěn)定型煤層，全部可采，井田內(nèi)可采煤層基本特征如表1所示。煤層結(jié)構(gòu)單一，井筒保護(hù)煤柱底板標(biāo)高為+55.58～+4.82m，埋深為60～120m，主斜井傾角平均為240°，深部水平段嵌入煤層但未穿過煤層，主斜井井筒凈斷面寬度為2.8m，兩幫高1.2m，頂部為半徑1.4m半圓弧。副斜井在標(biāo)高+1.38-+47.58m段傾角平均為10°，與煤層傾角一致，且此段井筒底板在煤層中，在標(biāo)高+47.58-+127.45m（地表）段傾角平均為240，副斜井井筒凈斷面寬度為2.6m，兩幫高0.95m，頂部為半徑1.3m的半圓弧。主副斜井均采用砌碹支護(hù)，砌碹厚度為0.3m。

開采方案的分析與實(shí)施

巷式充填開采方法。韓王煤礦主副井筒保護(hù)煤柱回采屬于孤立煤柱回采問題，井筒保護(hù)煤柱周圍都是采空區(qū)，且保護(hù)煤柱內(nèi)小斷層較多，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，集中壓力較為明顯。井筒保護(hù)煤柱回采過程中要滿足以下幾個(gè)條件：1.回采過程中應(yīng)避免引起區(qū)域內(nèi)斷層及周圍采空區(qū)巖層活化，以防安全事故的發(fā)生；2.控制井筒的變形破壞，保證井筒的正常使用；3.盡可能多地回收保護(hù)煤柱內(nèi)的煤炭資源。結(jié)合韓王煤礦實(shí)際開采條件及國(guó)內(nèi)外井筒保護(hù)煤柱的開采經(jīng)驗(yàn)，決定采用巷式充填開采方法對(duì)井筒保護(hù)煤柱進(jìn)行回采。

開采方案的選擇。通過分析韓王礦主副斜井與保護(hù)煤柱的地質(zhì)條件，將井筒保護(hù)煤柱回采區(qū)域劃分為四各塊段（由深到淺依次為第一、第二、第三和第四塊段），每個(gè)塊段儲(chǔ)量分別為4.4、3.2、6.7和6.8萬噸，為安全起見，煤柱回采先由深部第一塊段開始回采，采用分層形式，先采上分層，后采下分層，每分層均采用巷式充填法開采。為確保煤炭資源充分回收及井筒使用安全，現(xiàn)設(shè)計(jì)出兩種井筒保護(hù)煤柱回采方案，方案一：在主副井筒正下方整體留出40m的煤柱，井筒中間不再布置工作面；方案二：在主副井正下方各留出寬度為18m的煤柱，兩個(gè)留設(shè)煤柱中間再布置三個(gè)工作面（上分層兩個(gè)，下分層一個(gè)）。將主副井回采煤柱沿水平方向劃分為若干個(gè)寬度為4m的條帶，保證上分層條帶與井筒在傾向方向平行，同時(shí)將下分層煤層條帶布置成一定角度，使其一個(gè)條帶橫向方向跨過上分層三個(gè)條帶，以保證開采下分層時(shí)上分層充填體不會(huì)失穩(wěn)。

設(shè)計(jì)每個(gè)塊段的巷采順序均相同，為從主副井筒回采煤柱一個(gè)塊段的一側(cè)開始，采一條巷道后隔三個(gè)巷采寬度再采下一條，采到塊段另一端時(shí)，再返向采第一條旁邊的一條巷道，主副井筒下面煤柱兩側(cè)的條帶最后采，方案一對(duì)1—22號(hào)條帶進(jìn)行開采，方案二1～24號(hào)條帶全部采出。兩個(gè)方案均由小到大的順序開采。

井簡(jiǎn)變形現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括巷式充填后巷道頂?shù)装宓囊平恳约俺涮詈蠡夭上噜徬锸矫后w時(shí)充填體片幫情況。巷式充填后巷道頂?shù)装宓囊平繙y(cè)量方法是：在巷式煤體回采過程中，每間隔8m測(cè)一次巷道高度，充填后在回采相鄰巷式煤體時(shí)在對(duì)應(yīng)位置每隔8m再次測(cè)量巷道高度，將充填前后兩次測(cè)量結(jié)果相減即可。對(duì)于主副井筒變形情況主要監(jiān)測(cè)其頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?，主要觀測(cè)方法為；在主副井簡(jiǎn)表面每隔25m沿頂?shù)装宕怪狈较蜃鰳?biāo)記點(diǎn)，同理在井簡(jiǎn)兩幫表面位置也做標(biāo)記點(diǎn)，保證4個(gè)標(biāo)記點(diǎn)在井筒的同一斷面上，總共沿井筒布置15個(gè)斷面的標(biāo)記點(diǎn)。在測(cè)量過程中，在保證測(cè)量精度，注意安全。

結(jié)論

結(jié)合實(shí)際，通過分析主副斜井保護(hù)煤柱的賦存環(huán)境，確定對(duì)井筒保護(hù)煤柱采用巷式充填開采方法，并確定巷式充填開采相關(guān)參數(shù)，及上下分層開采工作面的布置方式。

根據(jù)井筒保護(hù)煤柱的賦存條件及井筒變形控制要求，提出了兩個(gè)開采方案，即兩井筒間不布置巷采工作面與布置巷采工作面，通過概率積分法分別對(duì)兩方案進(jìn)行預(yù)計(jì)并比較，結(jié)果表明方案一對(duì)井筒變形影響最小，明顯優(yōu)于方案二。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得出韓王礦主副斜井保護(hù)煤柱采用巷式充填開采后主副井筒各變形量分別為：最大垂直位移-29.5和-17.00mm：最大傾斜變形3.99和1.47mm/m：最大水平變形-0.005和-0.004mm/m；井筒軸向最大變形0.013和0.010mm/m

通過韓王礦井筒保護(hù)煤柱開采實(shí)踐表明，巷式充填開采方法既能夠充分采出滯留的煤炭資源，又能夠有效控制井筒變形，是一種較為合適的開采方法，可以為類似地質(zhì)采礦條件下井巷保護(hù)煤柱的回收提供參考。