煤矿矿井煤柱回收方案研究与应用

2016-01-19邓国柱

科技与创新 2016年1期

摘要：以清河二矿大巷煤柱回收方案为例，对矿井煤柱回收开采的技术和方法进行了探讨，以期为煤矿开采工程的发展提供才考和借鉴。

关键词：煤矿；矿井；煤柱；采空区

中图分类号：TD823 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.106

众所周知，煤炭资源属于不可再生性资源。而随着科学技术的迅速发展，煤炭的开采量逐渐加大，煤炭资源在日趋减少。在矿井开采过程中，常剩下不少煤柱和边角煤，这样不仅造成了浪费，还易引发火灾。为了最大限度地回收煤炭资源，尤其是稀缺煤种，必须“精采、细采”，并延长矿井的服务年限。目前，对于煤炭开采技术人员而言，仍需要不断探索提高资源回收率的技术。因此，研究煤柱的回收问题具有较大的现实意义。本文以清河二矿大巷煤柱回收方案为例，分析了现有的生产系统，以期在合理开采的前提下，优化大巷煤柱的开采过程。

1 矿井概述

清河二矿现8#煤层已开采殆尽，现井田范围内可布置工作面回采的8#煤仅剩南村压煤2.5×105 t，受村庄搬迁的影响，目前已不可采，且无剩余资源。为了合理调整矿井的服务年限，计划回收清河二矿现8#煤层部分的大巷煤柱。对于矿井煤柱回收而言，主要内容为大巷保护煤柱的开采设计。按照井下地质构造和大巷保护煤柱的留设情况，共设计了四部分回收煤柱。具体计划中，先回收三部分皮带大巷煤柱，回收结束后，如果南村能搬迁，则布置正规的工作面回收村庄压煤；如果村庄搬迁在短期内无法完成，不再考虑回收南村压煤，依次回收第二部分皮带机尾块段、中部块段，最后在关井前回收火药库压煤。

2 煤柱回收巷道的布置

据炉嘉两矿和我矿8#煤的开采规律，靠近采空区3～10 m的区域为矿山压力缓慢升高区，距采空区10 m以上的为压力急剧升高区，矿山压力峰值出现在15 m左右。本次设计距采空区5 m处留设了煤柱布置工作面顺槽，回收了大巷煤柱，且在采掘过程中加强了对矿山压力的监测。

3 煤柱回收工作面概况

3.1 地面标高和四邻关系

按照煤柱回收顺序，首采工作面为1#工作面，布置在第三部分皮带大巷块段。1#工作面位于矿井中部，地面为山脊、沟谷，地面标高为1 210～1 286 m，工作面标高为1 055～1 095 m。煤柱回收1#工作面上覆有宣岩沟和宣岩沟4#煤采空区，北邻我矿1808工作面和1805工作面的采空区，南邻皮带大巷，西邻1810皮带巷，东邻矿界。

3.2 工作面地质概况

煤柱回收1#工作面主采8#煤层，平均厚度为4.46 m。8#煤层属石炭系上统太原组，工作面内煤层结构简单，煤层顶板为L1石灰岩，底板为黑灰色泥岩，工作面内部不具备存水条件，大多数被嘉乐泉矿排水疏干。

3.3 工作面巷道的布置

工作面巷道的布置分为以下9步：①煤柱回收1#工作面采用后退式回采。由于矿井初步设计中皮带大巷沿8#煤底板布置，轨道大巷沿8#煤顶板布置，为了充分利用矿井的原有巷道，并考虑到煤柱切眼长度的影响，本次回收采用单层开采的方式，不再进行上、下分层开采。②开采面地理位置分析。煤柱回收1#工作面位于井田中部，北面为1808采空区，南面为F8断层。③工作面巷道布置的依据为减少煤柱损失量、巷道掘进量，因此，应合理利用皮带下山作为工作面的进风顺槽，并沿1808采空区停采线留设5 m的净煤柱掘进回风顺槽。④回风顺槽的长度为294 m，巷道沿8#煤顶板掘进，巷道采用矿用11#工字钢金属棚梯形断面支护，断面面积为6.16 m2，主要用于回风、运输和行人通行。⑤进风顺槽的长度为252.7 m，第三部分的巷道采用矿用11#工字钢金属棚梯形断面支护，断面面积为6.16 m2，主要用于出煤、行人通行。⑥切眼长度为61.8 m，回风顺槽掘进距离为294 m，在1808集中运煤巷留设5 m的煤柱，沿8#煤顶板掘进，进而与轨道大巷贯通。⑦工作面布置的原则为“尽量减少煤柱回收的损失”。由于皮带大巷沿8#煤底板掘进，轨道大巷沿8#煤顶掘进，因此，工作面设计为轨道下山的方式，始终保持工作面本层空巷，这样做的维护量较小，且有利于空巷和工作面的顶板管理工作顺利开展。⑧工作面回收至53.8 m处时会过一联络巷，计划采用斜交的方式通过；矿井202.6 m处为避难硐室，停采线位置为避难硐室前5 m处。⑨由于工作面过空巷较多，因此，应在距工作面推进的前50 m处实施瓦斯安全排放措施；测定巷道贯通点，填充贯通点以下的空巷，对贯通点以上的空巷进行木垛接顶，并提前加固贯通点的空巷，具体施工方案应根据工作面的实际推进情况和顶板情况确定。

3.4 掘进工艺

掘进沿煤层顶板采用炮掘全断面一次起爆方式掘进，胶带输送机、溜子配合出煤、矸。循环进度为1米，掘进工艺：打眼—装药—联线—爆破—临时支护—出渣—永久支护。

4 工作面的主要技术参数

工作面初采切眼长度为85.5 m，推进长度为250 m，采高为2.3 m；工作面回采循环进度为0.6 m，回采率为95%，正规循环率为85%；采用“三八”工作制，即两班生产、一班检修。

5 采煤方法和技术特征

根据矿现有装备和地质条件，该工作面采用倾斜长壁后退式开采，即高档普采工艺，并采用全部垮落法管理顶板。工作面装备6MG-200采煤机、SGW630/220刮板输送机，采用DZ-25型单体液压支柱，并利用2.6 m的π型钢梁铺设10#铁丝顶网管理顶板；两端头的支护使用DZ-25型单体液压支柱，并与3.2 m的π型钢梁组成四对八梁支护；机头、机尾两顺槽端头均采用密集支柱切顶，单排密集从煤柱侧打至工作面与四对八梁切顶线连接。由于煤柱回收1#工作面两侧均为采空区，所以，会出现压力集中的现象，因此，需要将回采期间两巷的超前支护设计为50 m，并采用双排单体液压支柱配合3.2 m的钢梁支护。

工作面采用三、四排支柱控顶，支护形式为错梁直线柱布置，交替迈步，迈步步距为1.2 m，组距为0.7 m，排距为0.6 m，对梁间距为0.2 m，一梁三柱配合切顶柱。工作面的最小控顶距为3.4 m，最大控顶距为4 m，放顶步距为0.6 m，机道宽度为1.5 m。

6 通风方式

掘进轨道顺槽采用局部通风机压入式通风的方式。回采期间采用两进一回系统：1#煤柱回收皮带顺槽、原轨道大巷进风→1#煤柱回收切眼→1#煤柱回收轨道顺槽→集中轨道大巷回风→总回风巷→风井。

7 矿压观测

7.1 掘进期的矿压观测

对煤柱回收1#工作面轨道顺槽巷道变形观测的方法为：分段、定期地观测棚梁变形下沉量和棚腿岔角的变化情况。

7.2 回采期的矿压观测

在回采期，主要观测工作面、端头、超前支护段的顶板活动规律，掌握好压力分布的特点，并根据顶板、煤层的稳定性定期分析，从而及时调整支护方式。观测方法为：监测范围内每30 m布置2个测点，端头段布置2个测点，超前支护段每10 m布置1个测点，共计10个测点；每班利用压力表观测14个测点。

7.3 支护质量监测

不定期地动态检查工作面和巷支护的质量，内容包括支柱的初撑力、煤壁片帮情况、梁端距、采高、端面顶板冒落情况、两巷单体支柱的初撑力和超前支护的质量等。

8 结束语

综上所述，本文提出的煤柱回收方案简化了生产系统，减少了矿井维护、管理和折旧等费用，有效地提高了矿井资源回收率，确保了安全生产。