恒昇煤業(yè)采留一體無掘巷開采技術(shù)可行性分析

孫長龍

（安徽省皖北煤電集團(tuán)臨汾天煜恒昇煤業(yè)，山西臨汾 041000）

0.引言

現(xiàn)階段我國煤礦均已進(jìn)入高產(chǎn)高效建設(shè)模式，但工作面一般采用兩巷或多巷布置，先掘后采，采掘比較低，掘進(jìn)工程量大，接續(xù)緊張；而且為解決上下區(qū)段工作面不受采場擾動(dòng)影響，一般采取留設(shè)區(qū)段保護(hù)煤柱的方法又造成煤炭資源浪費(fèi)較嚴(yán)重。沿空留巷技術(shù)是減少巷道掘進(jìn)、實(shí)現(xiàn)無煤柱開采的主要技術(shù)措施之一，既提高煤炭資源回收率、減少煤炭損失，又減少采空區(qū)的煤柱，可以有效降低煤炭自然發(fā)火的概率。

何滿潮院士領(lǐng)導(dǎo)完成的“無煤柱開采110/N00工法”，開啟了礦業(yè)科學(xué)技術(shù)第三次革命，該技術(shù)得到迅速推廣，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。由鄭忠友教授等提出的采留一體無掘巷開采技術(shù)在南梁煤礦取得工業(yè)實(shí)驗(yàn)的成功，采留一體無掘巷開采技術(shù)是以整個(gè)采區(qū)為單位整體設(shè)計(jì)，沿采區(qū)邊界布置邊界導(dǎo)巷（即采區(qū)運(yùn)輸巷、采區(qū)回風(fēng)巷、采區(qū)長切眼），形成整個(gè)采區(qū)巷道布置框架，工作面依次布置，依次回采。首采面一條巷道（工作面運(yùn)輸巷）利用采區(qū)邊界導(dǎo)巷（采區(qū)運(yùn)輸巷），另一條巷道利用沿空留巷與采區(qū)邊界導(dǎo)巷（采區(qū)長切眼、采區(qū)回風(fēng)巷）組成生產(chǎn)、通風(fēng)等系統(tǒng)，直至首采面開采完畢，留巷作為下一個(gè)工作面巷道重復(fù)使用[2]。如此重復(fù)，直至采區(qū)回采結(jié)束。

1.礦井概況

1.1 開拓方式

恒昇煤業(yè)礦井采用主斜副立綜合開拓方式，年生產(chǎn)能力150萬t/年，礦井采用多采區(qū)單、雙翼布置，礦井東翼三采區(qū)、西翼四采區(qū)為單翼布置。

1.2 地質(zhì)特征及可采煤層

地質(zhì)、水文地質(zhì)相對較簡單，煤層賦存也較穩(wěn)定，現(xiàn)回采煤層9+10號煤層為主采煤層，位于太原組下部，厚度4.39m～7.66m，平均厚度5.63m，含1～3層夾矸，巖性多為泥巖，夾矸總厚0.20m～2.42m，均厚0.85m，為肥煤和1/3焦煤。頂板為K2石灰?guī)r，厚度一般在13.09m左右，底板多為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖。地面標(biāo)高為+1359m～+1504m，煤層埋深300m～440m，如圖1所示。

圖1 煤巖層綜合柱狀圖

1.3 自燃性及瓦斯

（1）自燃性。9+10號煤層屬于Ⅱ級自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

（2）瓦斯。低瓦斯礦井，瓦斯絕對涌出量為2.24m3/min，相對涌出量為0.96m3/t，回采最大絕對涌出量0.80m3/min，掘進(jìn)最大絕對涌出量0.25m3/min。

2.礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀

礦井現(xiàn)回采煤層9+10號煤層，東翼一采區(qū)、西翼二采區(qū)雙翼布置，已回采完畢，東翼三采區(qū)單翼布置，首采面9301工作面正在回采，西翼四采區(qū)單翼布置，準(zhǔn)備巷道已形成，尚未回采，暫封閉。礦井生產(chǎn)布局為一采兩掘。如圖2所示為恒昇煤業(yè)采掘工程平面圖（北部）。

圖2 恒昇煤業(yè)采掘工程平面圖（北部）

3.礦井采留一體無掘巷開采可行性分析

（1）恒昇煤業(yè)尚有約10年的服務(wù)年限，礦井布局方面，三采區(qū)首采面9301工作面正在回采，尚余5個(gè)工作面，四采區(qū)尚未回采，2個(gè)采區(qū)整體布局較完整。

（2）三采區(qū)單翼布置，采區(qū)運(yùn)輸下山靠工作面收作線，為回采工作面沿空留巷作運(yùn)輸巷提供有力條件。且首采面9301工作面的階段回風(fēng)聯(lián)巷已形成，為三采區(qū)采留一體無掘巷開采的回風(fēng)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。

（3）四采區(qū)單翼布置，雖然采區(qū)運(yùn)輸下山遠(yuǎn)離工作面的收作線，但采區(qū)準(zhǔn)備巷道、區(qū)段巷道均已形成，為該采區(qū)采留一體無掘巷開采打下基礎(chǔ)，且四采區(qū)采留一體無掘巷開采可用三采區(qū)回風(fēng)下山作為采區(qū)回風(fēng)巷，既減少了一條大巷工程量又縮短了準(zhǔn)備時(shí)間[3]。

（4）煤層直接頂板K2灰?guī)r雖然堅(jiān)硬，其中含有一層泥巖，距煤層3.4m左右，對采空區(qū)的頂板垮落較有利，堅(jiān)硬頂板對沿空留巷的頂板支護(hù)較有利。據(jù)本礦工作面回采垮落情況及礦壓觀測資料，兩巷垮落及時(shí)充分，直接頂垮落滯后工作面20m，老頂垮落滯后工作面45m。

（5）隨著礦井向北翼邊界延伸，我礦中央并列式通風(fēng)距離越來越長，通風(fēng)阻力加大，正在準(zhǔn)備施工新風(fēng)井，預(yù)算4000萬元。如果采用采留一體無掘巷開采技術(shù)，沿空留巷，可保留一個(gè)掘進(jìn)隊(duì)伍，減少了2個(gè)掘進(jìn)隊(duì)伍，礦井形成三、四采區(qū)輪換交替的一采一備的生產(chǎn)布局，對北翼邊界遠(yuǎn)距離通風(fēng)是個(gè)極大的優(yōu)化，可有效減少礦井需風(fēng)量，降低了風(fēng)阻，解決礦井長距離通風(fēng)問題，不需施工新風(fēng)井，僅此1項(xiàng)即可節(jié)約資金4000萬元。

（6）預(yù)測經(jīng)濟(jì)效益對比如表1所示。參見恒昇煤業(yè)三、四采區(qū)采留一體無掘巷開采設(shè)計(jì)簡圖，如圖3所示。

表1 預(yù)測經(jīng)濟(jì)效益對比表

圖3 恒昇煤業(yè)三、四采區(qū)采留一體無掘巷開采設(shè)計(jì)簡圖

4.存在問題及建議

（1）煤層頂板K2灰?guī)r相對堅(jiān)硬、底板相對軟弱，沿空留巷時(shí)，巷道經(jīng)歷上覆巖層結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的強(qiáng)烈動(dòng)壓作用，極易出現(xiàn)幫部和底板鼓起等現(xiàn)象，且巷道兩幫受壓不均，非對稱受壓。建議沿空留巷施工時(shí)可采用單元式支架作為加強(qiáng)支護(hù)，以確保施工安全。

（2）K2灰?guī)r堅(jiān)硬頂板的切頂施工，礦井無火工品，只能采用靜態(tài)膨脹劑，超前打孔注入膨脹劑預(yù)裂，效果有待檢驗(yàn)證，建議引入現(xiàn)有大功率切割設(shè)備。

5.結(jié)語

恒昇煤業(yè)采用采留一體無掘巷開采技術(shù)有一定的基礎(chǔ)條件，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得進(jìn)一步研究實(shí)踐，應(yīng)盡快和有關(guān)科研專業(yè)機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行可行性研究，盡快進(jìn)行工業(yè)實(shí)施。