南嶺煤礦5號煤層無煤柱開采可行性探討

＊韓玉林

（南嶺煤礦 山西 030400）

引言

昔陽縣坪上煤礦隸屬于山西焦煤西山煤電有限責(zé)任公司，該礦位于清徐縣東于鎮(zhèn)南嶺村-米家莊一帶，行政隸屬于清徐縣東于鎮(zhèn)管轄。該礦采用斜井開拓方式，在工業(yè)場地東部布置主斜井、回風(fēng)立井，在工業(yè)場地西部布置副斜井、運(yùn)人斜井。主斜井裝備大傾角膠帶輸送機(jī)擔(dān)負(fù)全礦井煤炭提升及進(jìn)風(fēng)、安全出口任務(wù)；副斜井裝備單滾筒絞車擔(dān)負(fù)材料、設(shè)備、矸石、重型裝備提升及進(jìn)風(fēng)、安全出口任務(wù)；運(yùn)人斜井裝備架空乘人器擔(dān)負(fù)人員運(yùn)輸及進(jìn)風(fēng)、安全出口任務(wù)；回風(fēng)立井擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)及安全出口任務(wù)。

礦井主采4號、5號、8號、9號煤層，4號-5號煤層平均層間距為7.62m，5號-8號煤層平均層間距為60.8m，8號-9號煤層平均層間距為7.02m。根據(jù)煤層間距，將4號、5號劃分為上組煤，將8號、9號煤層劃分為下組煤。

礦井設(shè)置兩個開采水平，一水平標(biāo)高+865m，擔(dān)負(fù)4號、5號煤層開采任務(wù)，4號、5號煤聯(lián)合開采；二水平標(biāo)高+810m，擔(dān)負(fù)8號、9號煤層開采任務(wù)，8號、9號煤聯(lián)合開采。

南嶺煤礦采用5號煤層采用無煤柱開采，可減少巷道掘進(jìn)量、提高采區(qū)回采率、減少工作面準(zhǔn)備時間，且為后續(xù)無煤柱開采8號、9號煤層積累經(jīng)驗。

1.無煤柱可行性實例

南嶺煤礦分別到焦煤集團(tuán)屯蘭煤礦、霍州煤電店坪煤礦、華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲一號煤礦實地對無煤柱開采學(xué)習(xí)、考察。

焦煤集團(tuán)屯蘭煤礦現(xiàn)開采2號煤層，22301工作面采用“新型高水材料巷旁充填”沿空留巷技術(shù)，2號煤煤層厚度為4.15-5.50m，平均厚度為4.75m，直接頂為0.8m砂質(zhì)泥巖，基本頂為2.9m細(xì)粒砂巖。

沙曲一號煤礦現(xiàn)開采3+4號煤層，采用“切頂卸壓+恒阻大變形錨索支護(hù)+單元支架臨時支護(hù)”沿空留巷技術(shù)，通過預(yù)裂切縫爆破，切斷工作面頂板。利用恒阻大變形錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，保證留巷效果。3+4號煤層厚度為3.7-4.4m，平均厚度為4.0m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為1.0m，老頂為5.3m細(xì)砂巖。

店坪煤礦現(xiàn)開采9號煤層，采用“切頂卸壓+錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)+門式支架臨時支護(hù)”沿空留巷技術(shù)，9號煤層厚度為2.8-3.4m，平均厚度3.1m，為9號煤層直接頂為2.8m的砂紙泥巖，老頂為2.3m的中砂巖。

通過對南嶺煤礦綜合柱狀圖分析，5號煤層直接頂為1m泥巖，老頂為3.4m粉砂巖。店坪煤礦9號煤層與南嶺煤礦5號煤層頂板地質(zhì)條件最接近，故設(shè)計借鑒店坪煤礦及其它礦中厚煤層無煤柱開采的經(jīng)驗，充分考慮生產(chǎn)成本因素并與礦方充分溝通，采用“切頂卸壓+錨索、錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)+單體柱、π型鋼梁臨時支護(hù)”沿空留巷技術(shù)。

2.預(yù)裂卸壓主要技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)店坪煤礦的調(diào)研結(jié)果并結(jié)合南嶺煤礦地質(zhì)條件，主要技術(shù)參數(shù)的確定如下。

(1)預(yù)裂切頂卸壓參數(shù)

雙向聚能張拉爆破關(guān)鍵參數(shù)主要包括炮孔間距、炮孔深度、炮孔角度以及裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖1所示。

圖1

①炮孔間距

有效切縫面的形成是切頂卸壓成功實施與否的前提和關(guān)鍵。由于雙向聚能拉張爆破在聚能方向上產(chǎn)生的裂縫長度有一定的極限，只有當(dāng)炮孔間距合適時，炮孔與炮孔之間才能夠形成完整的切縫面。根據(jù)店坪煤礦的生產(chǎn)經(jīng)驗，炮眼間距暫確定為0.5m。

②炮孔深度

參考切頂卸壓沿空留巷經(jīng)驗，合理預(yù)裂切縫深度（H縫）設(shè)計一般大于2.6倍采高，即H縫≥2.6H煤；H煤取N8鉆孔厚度1.85m，則H縫≥4.81。

另外預(yù)裂切縫鉆孔深度與采高、頂板下沉量及底鼓量有關(guān)，一般通過如下方式確定：

式中：

ΔH1：頂板下沉量，0.1m；

ΔH2：底臌量，取0.1m；

k：碎脹系數(shù)，1.3-1.5；

H縫=5.5m，設(shè)計取6m。

根據(jù)南嶺煤礦N8鉆孔分析，預(yù)裂切頂目標(biāo)巖層為3.4m厚的粉砂巖。根據(jù)以上計算，確定預(yù)裂孔深度取6m。

③切縫角度

借鑒店坪煤礦的經(jīng)驗，切縫角度取15°。

考慮到頂板斷裂、垮落、切頂卸壓效果以及施工操作的便利性等因素，預(yù)裂聚能爆破孔主要參數(shù)：炮孔間距500mm，孔徑Φ48mm，切縫角度15°，孔深6.2m。

④爆破材料、起爆方式

聚能管采用特制雙向聚能管。特制雙向聚能管外徑為42mm，內(nèi)徑為36.5mm，管長1500mm。聚能爆破采用三級煤礦乳化炸藥，擬采用炸藥規(guī)格為直徑Φ35mm×200mm/卷，爆破孔口采用炮泥封孔。

采用并聯(lián)連接、正向裝藥、一次性多孔連續(xù)起爆。

3.留巷擋矸支護(hù)

采用鋼筋網(wǎng)與單體液壓支柱配合π型鋼梁、可伸縮29#U型鋼進(jìn)行聯(lián)合切頂、擋矸支護(hù)?？缮炜s29#U型鋼排距500mm，單體液壓支柱排距1000mm。擋矸支護(hù)時掛鋼筋網(wǎng)鋪滿內(nèi)幫，鋼筋網(wǎng)采用直徑6.0mm的鋼筋焊接網(wǎng)，網(wǎng)孔50mm×50mm，鋼筋網(wǎng)與鋼筋網(wǎng)之間重疊不小于100mm，并用鐵絲捆扎，鋼筋網(wǎng)與頂板金屬網(wǎng)捆扎在一起。若出現(xiàn)較嚴(yán)重漏矸，鋼筋網(wǎng)里邊可增添菱形金屬網(wǎng)加強(qiáng)擋矸支護(hù)。

U型鋼支柱由可伸縮29#U型鋼采用上下兩節(jié)可縮性搭接，每節(jié)長1900mm，搭接長度不小于1000mm，采用三副卡纜連接，上下卡纜距U型鋼上下端頭各100mm，中間卡纜位于搭接段中間。29#U型鋼頂部、底部焊接200mm×200mm×10mm鋼板。

4.無煤柱開采經(jīng)濟(jì)效益

(1)回收煤柱經(jīng)濟(jì)效益

5號煤層回采工作面順槽計劃留巷1769m，工作面推進(jìn)長度為2367m，可回收長度1769m寬度為20m的護(hù)巷煤柱，煤量為：1769×1.73（厚度）×20（寬度）×1.45t/m3=88751t。噸煤利潤以150元/t計。采用沿空留巷技術(shù)可回收煤柱的經(jīng)濟(jì)利潤為：73499t×150元/t=1331萬元，每米創(chuàng)造產(chǎn)值價值1.73m（厚度）×20m（寬度）×1.45t/m3×150元/t=7526元/m。

(2)緩解生產(chǎn)接續(xù)

5號煤層每個工作面少掘一條半煤巖巷道，掘進(jìn)成本按照4500元/m，回采工作面順槽可少掘進(jìn)1704m，工作面雙巷掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷可少掘426m（按80m一條聯(lián)絡(luò)巷考慮，共計21個），節(jié)省費用共計959萬元；不僅節(jié)省了巷道掘進(jìn)費用，而且有效緩解了采煤工作面生產(chǎn)接續(xù)狀況，為接續(xù)工作面瓦斯預(yù)抽采創(chuàng)造了作業(yè)空間和預(yù)抽采時間。

(3)綜合經(jīng)濟(jì)分析

沿空留巷回收煤柱多創(chuàng)造利潤1331萬元，少掘巷道可節(jié)省成本費用959萬元。

5號煤層回采工作面采用沿空留巷技術(shù)可創(chuàng)收綜合經(jīng)濟(jì)價值：1331（回收煤柱效益）+959（少掘巷道節(jié)省成本）-800.4（留巷增加成本總成本）=1489.6萬元。

5.結(jié)束語

南嶺煤礦無煤柱開采可減少巷道掘進(jìn)量、提高采區(qū)回采率、減少工作面準(zhǔn)備時間，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。