房柱式機(jī)械化開采工藝應(yīng)用

趙治宇

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 晉華宮煤礦，山西 大同 037016）

1 概述

煤礦開采的開采工藝主要包括長壁式開采工藝以及短壁式開采工藝。我國以及歐洲等國多應(yīng)用長壁式開采工藝，而非洲以及美洲等一些國家在煤礦開采中多是應(yīng)用房式短壁開采工藝。相對而言，房式短壁開采工藝的應(yīng)用時間相對較長，尤其是美國其應(yīng)用更為普遍[1]。上世紀(jì)中期我國煤礦開采過程中房式短壁采煤工藝的應(yīng)用也相對較多，在上世紀(jì)70年代左右，長壁式開采機(jī)械化開采工藝的應(yīng)用逐漸得以推廣[2]。不過，現(xiàn)階段依舊有很多規(guī)模相對較小的煤礦依然采用的是房式短壁采煤工藝，其開采效率相對較低，而且煤炭的回收率也不高，而這些煤礦由于資金不足、開采條件較差等種種原因很難采用長壁式機(jī)械化開采工藝，這樣將導(dǎo)致煤礦資源浪費，無法得以有效利用。所以，針對這些煤礦存在的開采效率不高以及煤炭回收率偏低等問題加以研究，同樣是現(xiàn)階段煤炭行業(yè)需要重視的問題[3]。

2 晉華宮礦開采中的問題

晉華宮礦屬于小型煤礦，不適宜采用長壁式機(jī)械化開采工藝，因此，煤礦在開采過程中引進(jìn)了房式采煤工藝，但是在開采過程中發(fā)現(xiàn)該種開采工藝的回采率不足50%，存在相對大的資源浪費問題。為此，晉華宮礦技術(shù)人員在房式開采工藝的技術(shù)上提出了采用切塊式開采工藝，對煤柱加以回收，確保資源得以有效利用。所采用的回收方式是在大煤柱之中以“十字”的方式進(jìn)行回收，此次工作面的回收率可以增加到53%左右，不過在采空區(qū)域之中依舊存在很多煤柱，使得資源浪費現(xiàn)象還較為嚴(yán)重。隨后，晉華宮礦又引進(jìn)了新型房柱式短壁采煤工藝，其主要特點是在煤房間留置尺寸為15×100 m左右的大煤柱，再采取留置煤皮方式對頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，依次完成煤柱的回收工作。采用此種工藝之后，使得工作面回收率提高至66%左右，不過此種方法依舊未能徹底的解決煤柱回收問題，同時也未能有效解決頂板管理問題。目前，晉華宮礦再次對房柱式短壁開采工藝進(jìn)行改進(jìn)，利用履帶行走式液壓支架對采煤機(jī)設(shè)備加以掩護(hù)，開展煤柱回收工作，使得工作面的回收率達(dá)到了85%左右，而且，采用此種煤柱回收方法，采空區(qū)域殘留的一些煤柱不能支撐頂板結(jié)構(gòu)，直接頂結(jié)構(gòu)將會自行的發(fā)生冒落，從而有效的解決了大面積頂板懸空問題。

3 晉華宮礦房柱式開采工藝

3.1 開采系統(tǒng)

圖1 晉華宮礦工作面巷道布置

晉華宮礦工作面巷道布置見圖1，其中順槽包含有三條平巷，中間的平巷是膠帶機(jī)巷，兩邊平巷時輔助運(yùn)輸巷，一側(cè)是回風(fēng)巷，一側(cè)是進(jìn)風(fēng)巷，不同順槽間中心距離值是17.5 m，聯(lián)絡(luò)巷道中心距離值是22.5 m，順槽煤柱具體尺寸為15 m×20 m。此工作面的寬度值為270 m，順槽結(jié)構(gòu)把工作面劃分成為左右兩個部分，兩部分的寬度值都是110 m。煤房從聯(lián)絡(luò)巷位置設(shè)置于兩邊區(qū)域，煤房間煤柱的寬度值是20 m，煤柱的具體尺寸為20 m×110 m。順槽以及煤房結(jié)構(gòu)都是矩形形狀，其寬度值是5 m，高度值與煤層厚度一致。巷道支護(hù)和煤房支護(hù)均采用錨桿支護(hù)，錨桿之間間排距離為1000mm×1000mm，錨桿直徑為Φ16mm，錨桿長度值L為1600mm。

3.2 開采順序

回采順序是右半部分采用前進(jìn)式開采方式，也就是隨掘隨采，而左半部分采用后退式開采方式。

3.3 煤柱回收工藝

在一側(cè)位置的煤房掘進(jìn)達(dá)到了相應(yīng)位置以后(晉華宮礦設(shè)置為100 m)，便對煤柱進(jìn)行回收作業(yè)。對于位于端頭部位的煤柱來說，進(jìn)行回收作業(yè)時采用放射方式進(jìn)行回收作業(yè)，也就是分為右、中、左不同的方向進(jìn)行進(jìn)刀。兩側(cè)位置的進(jìn)刀深度大約在12 m左右，中間位置的進(jìn)刀深度大約在10 m左右。對于面積較大的煤柱進(jìn)行回收時多是采取的雙翼進(jìn)刀工藝進(jìn)行回收，進(jìn)刀的寬度值約為3.3 m左右，單側(cè)的進(jìn)刀深度值約為12 m左右，斜切的角度值為45°～60°之間。若是沒有履帶行走支架的情況下，煤柱回收的具體方法見圖2。采煤設(shè)備收回一刀均需要留置大約1 m左右的煤皮，以有效的起到支撐頂板作用，此時工作面的回收率能夠達(dá)到64.87%。若是有履帶行走支架的情況下，采煤設(shè)備收回一刀則履帶行走支架也隨之向前移動，對空頂位置進(jìn)行有效支護(hù)，支架結(jié)構(gòu)中的頂梁結(jié)構(gòu)和采煤設(shè)備突出部件之間距離值保持在0.5 m之內(nèi)，此時工作面的回收率能夠達(dá)到83.16%，具體的回收方法見圖3。

圖2 無履帶行走支架情況下煤柱回收的具體方法

圖3 有履帶行走支架情況下煤柱回收的具體方法

3.4 頂板管理

（1）若是在沒有履帶行走支架裝置的情況下，不管是采用單翼方式對煤柱進(jìn)行回收作業(yè)，或者是采用雙翼的方式對煤柱進(jìn)行回收作業(yè)，在采空區(qū)域之中均應(yīng)當(dāng)留置規(guī)則的煤柱結(jié)構(gòu)，以對頂板進(jìn)行支撐，留置的煤柱寬度值大約為1m左右，這些煤柱為不安全煤柱，不過因為煤柱分布相對均勻且密集，使得頂板發(fā)生冒落的時間有所滯后，從而確保煤柱回收工作的安全性。

（2）若是有履帶行走支架裝置的情況下，在采空區(qū)域之中，所遺留的煤柱除了一些死角位置無法得以回收之外，絕大多數(shù)煤柱均能夠得以有效回收，而且遺留下來的殘余煤柱也無法支撐頂板結(jié)構(gòu)，所以直接頂結(jié)構(gòu)會隨著回采的不斷進(jìn)行而發(fā)生冒落，此時可以采用全部垮落方式對頂板進(jìn)行有效管理。

3.5 通風(fēng)工藝

位于左側(cè)部位的1號順槽以及位于中間部位的2號順槽可以同時作為進(jìn)風(fēng)巷，而位于右側(cè)部位的3號順槽則能夠同時作為回風(fēng)巷。將2號順槽和3號順槽間封閉處理，使得工作面構(gòu)成一個完整的通風(fēng)系統(tǒng)。在進(jìn)行煤柱的回采作業(yè)時，利用全負(fù)壓通風(fēng)的方式進(jìn)行通風(fēng)，回風(fēng)風(fēng)流則經(jīng)過最近的煤房巷道而匯至3號回風(fēng)順槽之中，而完成回采煤房則應(yīng)當(dāng)及時的加以封閉處理。

4 房柱式采煤工藝和塊切式采煤工藝對比分析

采用房柱式采煤工藝開采的范圍相對較大，而且能夠確保煤柱的回采率更高，使得工作面的產(chǎn)煤量能夠進(jìn)一步增加。而且，采用房柱式采煤工藝之后噸煤成本將進(jìn)一步減少，在開采過程中通風(fēng)結(jié)構(gòu)數(shù)量相對少，更易有效的控制風(fēng)速大小。房柱式采煤工藝和切塊式采煤工藝對比情況見表1。

表1 房柱式采煤工藝和快切式采煤工藝對比

萬噸煤巷道掘進(jìn)長度 350 m左右 650 m左右全員工效 30 t/工·日左右 11t/工·日左右回采率大小 66%左右 50%左右每噸煤平均開采成本較切塊式采煤工藝節(jié)省8元左右 /巷道管理工作僅僅順槽結(jié)構(gòu)要求維護(hù)，煤房的維護(hù)一般都不會超過3d 巷道以及煤房均要維護(hù)頂板維護(hù)工作在交岔口位置僅僅抹一個角，這樣將會更加的有利頂板控制工作，采硐的寬度值只有3.3m左右，很少出現(xiàn)冒頂問題。并且能夠利用履帶行走支架輔助回采作業(yè)，能夠通過完全垮落方法完成頂板管理工作交岔口為雙抹角，而且控頂?shù)拿娣e相對較大，這樣對于頂板的有效控制會造成不利影響。采硐的寬度值為5m左右，經(jīng)常出現(xiàn)冒頂問題。在采空區(qū)域支撐頂板結(jié)構(gòu)時，需要留置相對大尺寸的支撐煤柱

5 房柱式采煤工藝的推廣應(yīng)用前景

晉華宮礦在房式采煤工藝的基礎(chǔ)上改進(jìn)了具體工藝，在經(jīng)過了長達(dá)8年的研究與實踐之后，逐漸形成了一套更加適宜小型煤礦開采應(yīng)用的房柱式采煤工藝，這和長壁式機(jī)械采煤工藝形成了有效互補(bǔ)。經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗得出，在滿足下列條件的煤礦開采中可以應(yīng)用房柱式采煤工藝。

（1）不適宜采用綜采工藝的一些傾角較小中厚煤層條件；

（2）淺部煤層或者是擁有平硐掘進(jìn)條件的一些小型煤礦；

（3）在一些采用綜采工藝煤礦中所遺留的邊角區(qū)域，或者是一些不適宜采用綜采采煤工藝的斷層分割區(qū)域；

（4）要進(jìn)行有效保護(hù)的“三下”開采范圍。

〔1〕張連鵬.煤礦短壁采煤方法探討[J].黑龍江科技信息，2017（4）：143.

〔2〕朗國成.煤礦連采機(jī)應(yīng)用及前景分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（3）：67.

〔3〕張懷中.房柱式采煤法在井下采煤的運(yùn)用[J].中外企業(yè)家,2015（30）：189.