小型煤礦采空區(qū)殘煤復(fù)采技術(shù)研究①

梁沙平 王治文 申琢 白雪文 白俊 陳佳慧

(1.山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云韓家洼煤業(yè)有限公司 山西大同 037101;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧阜新 123000;3.應(yīng)急管理部信息研究院 北京 100029)

煤炭作為可再生的資源，儲量是十分有限的，因此對于合理的開采和減少資源浪費是不容小視的問題。根據(jù)我國煤田預(yù)測，新疆、內(nèi)蒙古、山西和陜西占全國資源總量的81.3%[1]。在西北地區(qū)很多的礦區(qū)都存在小煤礦開采對井田產(chǎn)生破壞的現(xiàn)狀[2]。近年來，國家采取積極措施，關(guān)閉了大量的小煤礦，至2010年底，山西省煤炭礦井?dāng)?shù)量由2005年的4278座減少到1053座，減壓75%，整合煤礦由小煤礦整合而成，受區(qū)域經(jīng)濟，技術(shù)條件的制約，小煤礦的開采技術(shù)比較落后，通過大量的留設(shè)煤柱的方式進(jìn)行開采，采煤機械化程度低、巷道布置不合理、開采規(guī)模小，回采率極低，給礦山的生產(chǎn)帶來了極大的不便利，嚴(yán)重的影響了工作面的合理布置[4]。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：原有小煤礦煤炭資源回收率普遍在10%～25%之間。致使丟失了80%以上的煤炭資源，而且經(jīng)小煤礦破壞后的煤層，大煤礦業(yè)很難回收，因此，給國家煤炭資源造成了嚴(yán)重的破壞。

1 采空區(qū)形式

圖1 小煤礦巷柱式采煤方式示意圖

圖2 煤綜采放頂煤復(fù)采方式示意圖

由于受到礦井兼并重組前各個煤礦的開采年代不同以及開采技術(shù)的差別，因此在復(fù)采工藝選擇上面有很大的不同，因為受到開采條件和開采技術(shù)的限制，故形成的采空區(qū)也有很多大的區(qū)別。根據(jù)煤礦的實際情況采空區(qū)的主要形式大致分成柱式采煤空巷和壁式采煤法留下的采空區(qū)。

1.1 柱式采煤空巷

此采空區(qū)在煤礦進(jìn)行整合之前采取巷柱式的采煤方法進(jìn)行開采，因此形成的采空區(qū)多為巷道的形式，這些巷道的破壞程度比較輕，開采深度比較淺，經(jīng)過采取一定的措施，不會對于復(fù)采工作面的布置以及復(fù)采產(chǎn)生很大的影響。小煤礦的巷柱式采煤布置方式如圖1所示。

1.2 壁式采煤法留下的采空區(qū)

壁式采煤法的主要分為炮采工藝和綜采工藝兩種。原有小煤礦由于生產(chǎn)工藝比較落后，受開采條件的影響，因此炮采工藝長壁采煤工作面在韓家洼礦區(qū)的應(yīng)用較少。隨著開采技術(shù)的不斷優(yōu)化，以及機械化的不斷提高，礦區(qū)內(nèi)的小煤礦逐漸的開始使用綜合機械化采煤，同炮采工藝相同也進(jìn)行分層開采[1]。采高約為3m。

2.3 留頂煤護(hù)頂采煤法

2 殘煤復(fù)采技術(shù)研究

在煤礦開采方式中有不同的方式，柱式采煤和壁式采煤是主要的應(yīng)用方式[5]。由于不同開采方式所留下的采空區(qū)的不同，結(jié)合對各種復(fù)采技術(shù)的分析，對礦井實際復(fù)采方式進(jìn)行進(jìn)一步的探討和研究。煤礦企業(yè)進(jìn)行殘煤復(fù)采前要對煤礦的實際情況進(jìn)行考察，根據(jù)煤礦的具體情況和具體特征進(jìn)行開采技術(shù)的選擇。

2.1 短壁采煤法

在進(jìn)行整合前原有的小煤礦由于生產(chǎn)工藝比較落后，在開采過程中通常采用短壁式采煤方法。且采煤工作面的長度控制合理長度40m左右[6]。在進(jìn)行小煤礦的整合前該礦井采用長壁式采煤法，長壁式采煤法具有回采工作面長的特點。長壁式采煤法形成的采空區(qū)在利用短壁式采煤法進(jìn)行殘煤復(fù)采時，必須要進(jìn)行不斷地支護(hù)，復(fù)采時按照煤層的不同厚度，中、薄煤層進(jìn)行一次性開采，厚煤層需要進(jìn)行分層開采。

2.2 充填式采煤法

充填采煤法是指伴隨落礦、運搬及其他作業(yè)的同時，用充填料充填采空區(qū)的采煤方法。使充填材料與煤形成整體，從而進(jìn)行正常的開采。在運用充填式采煤法進(jìn)行小煤礦的殘煤復(fù)采的特點是所占面積少，情況不太復(fù)雜的情況的采空區(qū)情形。

留頂煤護(hù)頂采煤法是指厚煤層在第一次開采時只對其中一層進(jìn)行了回采，在對剩余資源進(jìn)行回采時，留一定厚度的頂煤進(jìn)行護(hù)頂?shù)幕夭煞椒ā?/p>

3 殘煤復(fù)采技術(shù)優(yōu)選

礦井兼并重組后對于原有的小煤礦采空區(qū)的遺煤進(jìn)行復(fù)采是延長礦井服務(wù)年限的最重要的手段，在實際開采過程中很多煤礦為了擴大礦井的實際開采量增大回收率都在進(jìn)行復(fù)采方面的研究，對于礦井實際情況以及開采方式進(jìn)行針對性研究。煤礦企業(yè)進(jìn)行殘煤復(fù)采前要對煤礦的實際情況進(jìn)行考察，根據(jù)煤礦的具體情況和具體特征進(jìn)行開采技術(shù)的選擇。

3.1 巷柱式殘煤復(fù)采技術(shù)

該礦井的復(fù)采屬于較厚煤層的復(fù)采。巷柱式采煤法留有的采煤空巷巷道高度低，根據(jù)巷道在原有煤層中位置不同將布置情分為巷道在采煤工作面的采高范圍內(nèi)和巷道布置在采煤工作面的采高范圍之上兩種情況，根據(jù)這兩種情況采取不同的技術(shù)手段。

3.1.1 巷道在采煤工作面的采高范圍內(nèi)

巷道在采煤工作面的采高范圍之內(nèi)時，采用綜采放頂煤的采煤方法對于巷道進(jìn)行布置，由于小煤礦在進(jìn)行資源整合之前開采技術(shù)受限采空區(qū)遭到破壞比較嚴(yán)重，因此，在進(jìn)行回采之前要對巷道支護(hù)薄弱的地方再此進(jìn)行加強支護(hù)，在回采時要確保原有的舊巷道采煤工作面交叉點的完好防止端面切頂、冒頂?shù)葎虞d礦壓現(xiàn)象的出現(xiàn)，確保復(fù)采的安全性。

3.1.2 巷道在采煤工作面的采高范圍之上

當(dāng)空巷在采高范圍之上時，巷道沿頂板布置并采用綜采放頂煤的采煤法，容易形成較大范圍的應(yīng)力集中區(qū)。因此在過舊巷道時要使回采工作面與舊巷道形成一定的角度防止端面切頂、冒頂?shù)葎虞d礦壓現(xiàn)象[7]。因此保證頂板的安全性十分重要。采空區(qū)巷道集中、頂板支護(hù)少，因此在進(jìn)行放頂時要在靠近巷道的前后20m內(nèi)時停止放頂。在工作面通過20m之后才可重新進(jìn)行放頂。

3.2 長壁采煤法造成的采空區(qū)

根據(jù)調(diào)查了解該礦區(qū)內(nèi)的小煤礦在之前使用的長壁采煤工作面均為一次采全高。該礦井分為沿煤層頂板和沿煤層底板兩種一次采全高工作面，根據(jù)這兩種采煤工作面的復(fù)采方式進(jìn)行分別討論。

3.2.1 采煤工作面沿煤層頂板推進(jìn)

由于在進(jìn)行復(fù)采之前，復(fù)采煤層較厚，在沿著煤層頂板進(jìn)行推進(jìn)時，滯留在工作面下部的剩余煤層會被停留在采空區(qū)中，當(dāng)在進(jìn)行分層開采時，需要采用綜采放頂煤的采煤方法。

為提高礦井的安全性，防止上部采空區(qū)發(fā)生垮落的危險，因此要提高礦井工作面支架的支護(hù)能力，提高復(fù)采工作面的安全性。如圖2所示。

3.2.2 采煤工作面沿煤層底板推進(jìn)

在沿著原采煤工作面煤層底板進(jìn)行推進(jìn)時，由于對于頂板的膠結(jié)狀況并不了解，因此復(fù)采前對回采工作面頂板注漿加固形成假頂，以確保復(fù)采的安全性。同時為防止復(fù)采時頂板垮落的危險，要求支架具有足夠的支護(hù)能力。以便在發(fā)生冒頂危險時，能夠及時追機拉架[1]。

4 結(jié)語

（1）煤炭作為我國重要的能源物質(zhì)之一，是我國經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)程中的重要角色。殘煤復(fù)采是礦井經(jīng)過首次開采之后，對剩余的礦藏進(jìn)行再次開采，通過復(fù)采殘采不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦資源的進(jìn)一步開發(fā)，還能夠?qū)崿F(xiàn)自然資源的充分利用，提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益，

（2）礦區(qū)整合煤礦采空區(qū)可分為2種：巷柱式采空區(qū)、長壁式采煤法造成的采空區(qū)。

（3）根據(jù)采空區(qū)形式，可根據(jù)兩種采空區(qū)的實際情況對復(fù)采條件進(jìn)行分析。