小煤柱护巷技术在沿空留巷中的研究及应用

王立明 岳龙坦

(山东华源矿业集团公司有限公司,山东泰安 271200)

小煤柱护巷技术在沿空留巷中的研究及应用

王立明 岳龙坦

(山东华源矿业集团公司有限公司,山东泰安 271200)

为了最大限度的回收煤炭资源,减少巷道掘进量,缓解接续紧张,作者在华源集团友众煤业3#煤一采区深入研究了小煤柱护巷技术在沿空留巷中的应用,希望此成果能对我国煤炭能源的沿空留巷开采起到一些参考价值。

小煤柱护巷 沿空留巷 回采工作面

1 引言

上世纪60年代，世界上一些发达国家已经对采用沿空留巷方法以实现无煤柱开采的技术进行了大量研究，基本普及无煤柱开采。经过几十年的发展，我国在沿空留巷技术方面也取得了重大成绩。沿空留巷一般适用于开采缓斜和倾斜、厚度在2m以下的薄及中厚煤层。这种方法与留煤柱时相比，不仅可减少区段煤柱损失，而且可大量减少巷道掘进工程量[1]。

2 友众煤业3#煤一采区采区工作面位置概况

(1)采区四邻情况：北部、西部均为实体煤；南部、东部均为已揭露巷道。(2)煤层情况：该区为3＃煤，煤层倾角6°～12°。煤层结构较简单，普含1～2层夹矸，层位属太原组中部，主要为亮煤，煤质较好。3＃煤的可采系数为0.9，煤厚变异系数为20%，煤层硬度为1.9～2.2之间，其类型为稳定性煤层。(3)顶底板情况：3#煤顶板自下而上为直接顶、基本顶，无伪顶，直接顶厚度2.7m～4.9m，为砂质泥岩和砂岩；基本顶厚度9.8m～13.6m，为中砂岩；直接底厚度6.2m～11.6m，为灰黑色砂质泥岩。(4)该区平均走向长度约600m，倾斜长度约520m，布置3个工作面，各工作面参数如下：30101W面：走向长度773m，倾斜长度168m，采高2.4m；30102W面：走向长度650m，倾斜长度168m，采高2.4m；30103W面：走向长度530m，倾斜长度168m，采高2.4m。

3 沿空留巷的3种设计方案

方案1：矸石带充填法：先开采下部工作面，矸石充填带建在工作面上端头，长度5m，随着工作面推进逐渐垒设。为了充填带的稳定，在充填带的下方紧贴煤壁走向方向每隔0.5m支设一棵木支柱，支柱间也要充填碎矸石，以此来保留巷道作为上部工作面的下出口[2]。

方案2：支设密集支柱加木垛沿空留巷：在工作面的上、下帮，采用单体支柱配合铰接顶梁支护，支设两排支柱，两排支柱的间隔不大于0.4m，并每间隔5m打一木垛以加强支护，以此来保留巷道。

方案3：小煤柱护巷沿空留巷：回采工作面每推进走向10m，在上出口留设规格长×宽=10m×5m的煤柱，然后工作面上端头与上平巷掘透，小出口净宽4m高度为全煤高。掘透下一小出口时，可以将矸石充填至上一小出口。为加强支护，所要留设巷道在工作面回采以前采用单体支柱配合工字钢梁加强支护，支护垂直于巷道走向，一梁量两柱，排距1m[3]。

4 3#煤一采区工作面沿空留巷方案的选择

此区工作面自上而下为30101W、30102W、30103W。首采面是30103W面。30103W面上出口需要保留作为30102W工作面的下出口，30102W面上出口需要保留作为30101W工作面的下出口。经研究，方案1所用矸石量大，无法全部从此区获得，回采面下巷为运输巷，矸石需由下向上转运，施工繁琐。方案2单体支柱及铰接顶梁使用量大，顶板支护强度弱，后维护量大。方案3留设10m小煤柱，能保证顶板支护强度。且可将矸石充填至上小出口，既能加强支护，又可以降低煤炭含矸率。因此，根据现场实际条件，决定采用方案3。

小煤柱护巷具体要求：①小煤柱的规格：长×宽=10m×5m；②留设小煤柱位置：严格控制距离，自边切眼开始，在上平巷留设第一个小煤柱。在此推进位置，也就是工作面已推进14m位置，上端头与上平巷掘透，掘透小出口净宽4m巷高与采高一致。然后随着回作面继续推进，留设第二个煤柱，掘透第二个小出口。依次循环，直至回采面结束；③制定措施，小出口采用人工风镐掘透。顶板支护为锚网带及单体支柱配合工字钢梁支护，锚杆排距1m，每排3颗锚杆，工字钢梁与钢带平行，排距也为1m，两帮不支护。待下一出口掘透，上一出口单体支柱及工字钢梁可撤除。撤除工字钢梁后，将回采面矸石填至上一出口，并接顶。

5 经济效益分析

小煤柱护巷沿空留巷法与传统留设20m的煤柱的方法现相比所产生的效益如下：(1)多回收煤炭的价值：30101W、30102W、30103W走向长度分别为773m、650m、530m。共计约90个小出口，每个小出口回收煤量4.2m×5m×2.4m×1.4×90=6350t。回收煤柱煤量(20m-5m)×650m×2.4m×1.4=32760t。共多回收煤量39110t。按照2013年平均销售价格260元/t，成本180元/t，每吨盈利80元，此项可盈利39110t×80元/t=3128800元≈312.9万元。(2)所减少的掘进工程量及费用。采用沿空留巷总巷道掘进工程量为3423m，比传统方法少掘进2条巷道，约1200m，同期掘进巷道成本单价1900元/m，此项可节省资金1200m×1900元/m=228万元。(3)小出口所需费用。小出口的规格：长×宽×高=5m×4.2m×2.4m，成本单价为1300元/m，经计算，每个小出口支护费用5m×1300元/m=6500元，则90个小出口工需资金58.5万元。

综上所述采用小煤柱护巷沿空留巷比传统方法总计多创收312.9+228-58.5=482.4万元。

6 结语

通过采用小煤柱护巷沿空留巷技术实践得知，与留设20m煤柱相比，最大限度的提高了煤炭回收率，减少了巷道掘进工程量及支护费用，经济效益显著。此项技术虽然比较成功，但是它的使用范围，目前仅限于顶板比较完整、煤层较薄、倾角较小的工作面，下一步有待于在各种条件的工作面进行推广实验。

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州.中国矿业大学出版社,1999.

[2]安士春等.充填工作面矸石条带沿空留巷技术研究与实践[J].山东煤炭科技,2012(2)：141-142.

[3]刘厚刚.窄小煤柱沿空留巷技术研究及推广应用[J].山东煤炭科技,2012(6)：19-20.