煤柱區(qū)綜采放頂煤工作面布置方式研究

楊會兵

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

山西蘭花集團莒山煤礦有限公司3號煤層正規(guī)工作面已采完，3號煤層刀柱式老采區(qū)遺留煤柱復(fù)采也已接近尾聲。對3號煤層遺留煤柱進(jìn)行全面調(diào)查篩選，對具有回收利用價值煤柱的賦存狀況、儲量情況、回收條件以及回收利用的經(jīng)濟效益等內(nèi)容進(jìn)行全方位的研究分析，決定在ZF309工作面采用綜采放頂煤對采區(qū)煤柱進(jìn)行回收。

1 概況

ZF309工作面地質(zhì)構(gòu)造簡單，為單斜構(gòu)造，層理一般，節(jié)理較發(fā)育，開采的3號煤層總厚度為6.10m，煤層傾角0～7°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，屬穩(wěn)定煤層，頂板為泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖，在掘進(jìn)過程未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造影響。蓋山約為110～135m。

2 工作面巷道布置

2.1 設(shè)計原則

在充分利用礦井現(xiàn)有設(shè)施、設(shè)備和各種輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的前提下，利用已有巷道，布置煤柱回收工作面。工作面設(shè)計力爭做到系統(tǒng)暢通，設(shè)備配備合理，生產(chǎn)安全高效，投資回收期短，見效快，能提高礦井社會經(jīng)濟效益。

結(jié)合礦井煤層賦存條件和礦井采掘設(shè)備現(xiàn)狀，采用長壁綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。

圖1 采煤方法圖

2.2 工作面布置

工作面設(shè)計采用“一面兩巷”布置，即ZF309運輸順槽和ZF309回風(fēng)順槽，均沿3號煤層底板布置。其中：運輸順槽擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)和煤炭運輸任務(wù)，回風(fēng)順槽擔(dān)負(fù)回風(fēng)和輔助運輸任務(wù)。ZF309運輸順槽通過復(fù)采煤倉及3號煤運輸大巷與井底煤倉相連，ZF309回風(fēng)順槽通過回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷與總回風(fēng)巷相連。

圖2 工作面及巷道平面布置圖

2.3 煤柱的留設(shè)

（1）ZF309工作面運輸順槽與3401、F210、F213采空區(qū)留設(shè)30m的保安煤柱；ZF309工作面回風(fēng)順槽與F313采空區(qū)之間留設(shè)30m的保安煤柱。

根據(jù)《山西蘭花集團莒山煤礦有限公司煤柱綜放回收工作面巷道支護設(shè)計》：

合理的最小煤柱寬度B為：B=x1+x2+x3

式中：

x1-因上區(qū)段工作面開采而在下區(qū)段沿空掘巷窄煤柱中產(chǎn)生的破碎區(qū)；

x2-窄煤柱一幫錨桿有效長度，暫取錨桿長度為2.2m；

x3-考慮煤層厚度較大而增加的煤柱穩(wěn)定性系數(shù)，按0.2×（x1+x2）計算。

其寬度按下式計算：

式中：

m-煤層采厚，取6.10m；

A-側(cè)壓系數(shù)；

μ-泊松比，取μ＝0.25；

φ0-煤層界面的內(nèi)摩擦角，取16?；

C0-煤層界面的粘聚力，取1.5MPa；

k-應(yīng)力集中系數(shù)，取3.0；

γ-巖層平均容重，取值為25.0kN/m3；

H-巷道埋深，取60m；

Px-對煤幫的支護阻力，因上區(qū)段采空區(qū)側(cè)采用錨桿支護，可取 =0.1。

經(jīng)過計算，得到沿空掘巷時最小煤柱的寬度B=5.28m。因此，可將煤柱寬度確定為5.5m左右。

（2）工作面南側(cè)為雙王莊，屬Ⅱ級保護等級，需留設(shè)15m圍護帶寬度，使用垂線法計算其保護煤柱：

式中：

S村-村莊保護煤柱，m；

sl-圍護帶寬度，取15m；

h1-松散層厚度，16m；

a-松散層移動角，取45°；

h2-巖層厚度，84m；

b-巖層移動角，取72°。

ZF309工作面與雙王莊留設(shè)192m保護煤柱，滿足煤柱留設(shè)要求。

（3）井下主要大巷、采區(qū)大巷兩側(cè)保護煤柱寬度按照2017年5月修訂的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》第90條規(guī)定：

式中：

S1-大巷單側(cè)保護煤柱的水平寬度，m；

H-大巷的最大垂深，120m；

M-平均煤厚，6.1m；

f-煤的強度系數(shù)，；

Rc-煤的單向抗壓強度，9.5MPa。

經(jīng)上式計算，設(shè)計開采3號煤層井下大巷保護煤柱為30m，工作面停采線位置根據(jù)總回風(fēng)巷保護煤柱確定。

3 結(jié)語

通過對ZF309工作面的地質(zhì)、煤層情況的分析，采用長壁綜采放頂煤采煤方法，工作面設(shè)計采用“一面兩巷”布置，經(jīng)計算合理確定工作面周邊的保護煤柱，保證了工作面回采的安全。