浅谈剩煤开采技术

阚士凯，朱 劼

(中国矿业大学)

·技术经验·

浅谈剩煤开采技术

阚士凯，朱 劼

(中国矿业大学)

剩煤开采是一个新兴课题，也是一个亟待解决的现实问题，对我国煤炭行业的可持续发展具有重要的现实意义。本文通过对剩煤赋存特征、采煤方法、巷道布置、采区尺寸、工作面支护、技术管理等方面的研究，在保证安全生产的基础上，以效益最优为目标,从实践中摸索研究合理可行的方法和途径， 创造更高的经济效益，实现煤炭开采的可持续发展。

剩煤开采；技术管理;改造；延伸；可持续发展

现今，国内许多煤矿经过几十年的开采，已经进入衰老期，但由于老矿井过去使用落后的开采方法，致使矿井中遗留大量可利用煤炭，造成严重浪费，与国家的可持续发展国策相违背，所以，必须采取有效方法，尽可能开采剩煤，减少浪费。对衰老、储量枯竭的矿井，应利用现有生产系统和设备进行改造与延伸，以提高资源回收。在巷道布置和采煤方法的选择上，应本着剩煤不浪费的原则，充分利用综采放顶煤等先进技术，保证在安全生产的基础上，以效益最优为目标,从实践中摸索研究合理可行的方法和途径， 创造更高的经济效益，实现煤炭开采的可持续发展。

1 剩煤赋存特征

剩煤是指生产矿井储量损失表已经填报的那一部分损失量(主要是设计损失和地质及水文地质损失)以及转出、注销、报损及表外储量。一般为井田煤柱，区段(阶段)煤柱，落后采煤法的损失量，丢失的顶底煤，遗弃薄、劣煤以及零星块段、构造保护煤柱等。

1) 煤柱。

a) 区段及阶段煤柱、轨道及运输上下山保护煤柱，这一类型的煤柱在生产矿井损失量中占有一定比重，其储量一般占采区工业储量的15%～20%。

b) 构造保护煤柱，地质构造复杂区段，由于受断层切割褶曲影响，往往因安全考虑，丢失大量煤柱或顶、底煤。

c) 井田境界煤柱，即各井田之间留设的技术境界煤柱，一般留20～30 m。

d) 因灾害事故而留设的隔离煤柱，如因瓦斯事故、自然发火而没有开采的区域。

2) 浮煤。主要是使用落后采煤方法的采区，在落煤过程中，大量浮煤被冒落的顶板岩石所覆盖。

3) 底煤。主要是落后采煤法在掘进期间没有沿煤层底板送道，造成开采中丢底煤以及由于采优弃劣，个别井区的小槽煤及煤层底板附近1.5～2.0 m的劣煤往往遗弃不采，造成大量资源丢失。

2 采煤方法

采煤方法是否合理，直接影响矿井生产的安全和各项技术经济指标，所选择的采煤方法必须符合安全、经济、先进、因地制宜的原则。由于残煤煤体不连续、疏松易冒以及瓦斯含量相对较少，从利于顶板管理，防火和瓦斯管理等方面考虑，经多年开采实践，逐步形成了按煤层厚度、倾角分类的几种采煤方法。

1) 煤层倾角近水平或近水平布置的残煤，瓦斯含量小，煤质疏松易冒，可采用巷柱采法开采。这时，如布置单扒面，工作面易淌煤矸，顶板很难管理，快采快挑优越性明显。

2) 煤层倾角<25°，煤层厚度>6.0 m，可采用单一长壁全陷扒顶煤采法开采。此采法为负压通风，由于倾角<25°，支架稳定性易于实现。煤层厚度>6.0 m，工作面顶板易于维护。

3) 25°煤层倾角>45°的不连续残煤，选用巷柱采法开采。此时，煤层可沿人工槽自溜。这一煤层条件下，瓦斯多积聚在采空区高处，放煤口附近瓦斯很小。只要放煤口及时落严，安全程度是有保障的。当开采条件具备时，可选用综采放顶煤技术。

4) 煤层倾角>45°，煤层厚度>8.0 m的残煤，可采用单扒采法开采。此时，沿顶底板形成入排风系统，近水平布置工作面。顶煤厚度一般为采高的2～3倍。顶煤厚度小，顶板留不住，提前来矸；顶煤厚度大，推进速度慢，顶煤下不来或“盖被”，留下隐患。

5) 对于煤层倾角>45°，煤层厚度4～6 m的原始块段或连续煤体，用巷道长壁法(巷道法)开采。巷道长壁采法的瓦斯多集中于风道后尾巷，而其余采空区内并无瓦斯积存。因此，采用巷长采法，可连续推进，提高回收率，减少回采巷道。

3 巷道布置

剩煤巷道布置应从完善生产系统出发，依据残煤疏松易冒、煤层变化大的特点加以确定。剩煤巷道布置前的资料查找工作对巷道布置及剩煤采区安全生产的顺利进行起到重要的指导作用 。

根据各煤矿实际情况，应注意以下几个方面：

1) 主要巷道应尽量通过加强支护等方法利用原有巷道，区内共用巷道应尽量开凿在煤层下部的小槽煤中，其它准备巷道应多送煤巷、少送岩巷。由于残煤块段普遍较小，少则几千吨，多则几万吨，所以，复用原有岩巷，以及增加煤巷，可节省投资；区内共用巷道开凿在小槽煤中，既可防止采区准备时的发火，巷道又有较稳定的顶底板，防止掉底。由于残煤块段小、连续性差、厚薄不均，因此开采前后可能多次送道，逐一开采。

2) 应尽可能回收煤炭资源。残煤井(区)均为贫煤井(区)，加强煤炭回收是取得效益的重要一环。设计时，应充分运用原始资料，分析原旧巷道和构造位置在较长时间内的相对位移，经邻近巷道揭露证实后，再确定准备采区的相关位置。

3) 应有利于通风管理、防止发火。残煤巷道布置应本着“掘、灭、采”的原则，区内巷道应力求揭露旧巷、积水、高温和火点，使之在准备期间得到预先处理。

4 采区尺寸

剩煤采区布置应以小尺寸为宜。剩煤煤柱区，斜长应<50 m，走向长度<100～120 m；区内残煤复采，斜长应<20 m，走向长度<50 m；剩煤缓倾斜面长<20 m，急斜段高<10 m，可考虑取消小阶段煤柱。因为面短(段高<10 m的)推进速度快，上段即使局部有高温，采空区碎矸的滑落也及时起到抑制作用，并随工作面前进，抑制作用不断加强。

对厚度>6 m、段高>20 m的急斜块段，应与采空区隔绝，以防止上段高温火点的威胁。

具有下降风的采区，变坡点受负压作用大，顶板又是瓦斯易积存区，应力求布置在岩石中或煤巷发券，以防发火。

5 剩采工作面支护

对于剩采工作面，由于其走向长度小，斜长小，推进速度快，一般不会出现顶板周期来压现象。但是，我国现有工作面，老顶初次来压步距为10～30 m的约占54%，30～55 m的约占37.5%。因此，对于我国大部分残采工作面来说，其顶板仍然有垮落的危险。根据经济适用、安全可靠、可行的采场支护原则，可采用单体液压支柱与π型钢梁配套使用,柱、排距应经计算设计,π型钢梁和单柱成组支护,三梁九柱为一组,棚梁间打好双劲木,每个单柱均绑好防倒链,以防倒柱伤人。实践证明，这种支护方式适应了支撑顶板压力的需要,且简捷方便,整体性较好,对初期来压和周期来压起到了稳定采场的作用,使回采工艺各工序能顺利的完成。

6 剩采技术管理

剩煤开采，不安全因素较多，主要表现在：

1) 由于开采过程中既开帮又挑顶，使顶板处于剧烈活动，不利于施工管理。

2) 由于采空区内顶板冒落程度不同，顶板凹凸不平，并有高冒，必然产生涡流和局部瓦斯积聚。

3) 剩采回采率低，区内丢煤多，给煤炭自燃发火创造了条件。

4) 采场底板破坏与突水。针对上述不安全因素，技术管理的重点是：通风系统、瓦斯、消防火、突水和顶板应采取相应措施加强管理。

a) 要加强瓦斯管理，风道上帮及风道后尾巷不准挑顶开帮，以防高顶瓦斯积聚，采过后要及时落严；机电设备要杜绝失爆。

b) 残采区要有足够的消防火手段，如注阻化泥浆、注水、注砂、及时封闭等。开采前系统要健全，封闭材料应运至区内。开采后，要加强老塘及风道后尾巷CO的检查。c) 采用“砌体梁”结构的滑落失稳与回转失稳分析方法对底板关键层破断块体的稳定性作出分析，从而对底板突水性作出评价。

d) 残采由于煤质疏松易冒，应加强工作面戗棚(柱)的支护，采取稳定性措施，有条件的工作面，采用单体液压支柱与Π钢配套，密集型支护，有力控制顶板。

综上所述，对衰老、储量枯竭的矿井，应利用现有生产系统和设备进行改造与延伸，这是老井挖潜、提高资源回收的一个重要途径。在巷道布置和采煤方法的选择上应本着剩煤不浪费的原则，充分利用综采放顶煤等先进技术，保证在安全生产的基础上，以效益最优为目标,从实践中摸索研究合理可行的方法和途径，创造更高的经济效益，实现煤炭开采的可持续发展，延长煤在中国经济发展中的服务期限。

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[3] 钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制 [M].徐州：中国矿业大学出版社,2003:123-125.

DiscussiononResidualCoalMiningTechnology

KanShi-kai,ZhuJie

Residual coal mining is a new topic, also is an urgent problems. It has important realistic significance for the sustainable development of our country's coal industry. This article is based on the residual coal mining method, the occurrence characteristics, layout of tunnels, area sizes, face timbering, the management of technology and so on. In ensuring safety in production, we practice for reasonable and feasible ways and means based on the target of most benefits to create more cost-effective and sustainable development of coal mining.

Residual coal mining; Technology management; Transform;Extend;Sustainable development

阚士凯 男 1986年出生 2007年中国矿业大学在读本科生 徐州 221116

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2010-05-10