小煤柱开采在瑞德二矿的应用及分析

李勇 孟庆峰 曹保国 田智 王传勇 刘存立 田志强

摘  要：通过对小煤柱在瑞德二矿的实际应用技术分析，通过先进的科技手段对各个环节进行科学地计算，为以后的小煤柱开采提供科学的理论依据，进而寻找小煤柱开采的适用条件。

关键词：煤矿，小煤柱开采，综采

对于瑞德二矿来讲，一直以来，工作面的煤柱的留设宽度均为15m，这对于本来就缺少煤炭资源的瑞德二矿来讲是巨大的浪费。为了提高煤炭资源回收率，根据瑞德二矿具体工程地质条件，通过对小煤柱沿空掘巷顶板控制和开采技术的研究，我矿在工面布置上进行了小煤柱开采探讨，改善矿井生产安全状况，实现瑞德二矿小煤柱沿空掘巷的成功实践。

一、矿井概况

瑞德二矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内，行政区划隶属准格尔旗纳日松镇。沙—羊公路（沙圪堵镇—纳日松镇）和曹羊公路（曹家石湾—纳日松镇）在井田西北部由北向南通过（均为3级柏油路面），准东（准格尔—东胜）铁路从井田以北通过，距井田直线距离约30km。交通十分方便。

瑞德二矿2013年12月7日整合而成，设计生产能力60万吨/年，为合法生产矿井。井田内共含3个煤组，6层煤，即4-2、5-1上、5-1、5-1下、6-2、6-2下煤层，煤种为不粘煤。发热量在7000大卡，矿井属于低瓦斯矿井。

工作面煤层结构简单，属单斜构造。顶板岩性主要为砂质泥岩和细粒砂岩，底板岩性主要为砂质泥岩。地质构造简单、煤层赋存稳定，工作面范围内顶、底板岩层无断层、无褶曲。工作面状况适合机械化开采。

二、技术路线

小煤柱尺寸的选择

1、不同稳定条件的应力集中系数

影响巷道两帮破坏范围的主要因素有两帮的物理力学性质、埋深、巷道的服务时间及受采动影响的程度，其中采动应力影响的表达是极其困难也是至关重要的，一般可用受采动应力影响的集中系数来反映受采动影响的程度。

国内外学者对采动应力集中系数作了大量研究，如美国提出采动应力集中系数K=1.5?2.5;我国研究了单一工作面开采时，与工作面不同距离的煤壁前方应力集中系数变化如图所示。

2、巷道围岩的应力集中

巷帮煤层集中应力最大值几乎均发生在中间层位，巷道应力集中系数在2?2.5之间，没有明显的差异。

（1）半煤岩巷围岩应力集中特点

煤层位于巷帮中央位置的结构形式，其平均应力集中程度较轻微，塑性区范围也最小，这种结构的围岩集中应力的最大值易发生在中央煤层的软弱煤层上，但其数值在三类围岩结构中是最小的。I、III类围岩结构计算结果表明，煤层位置的应力集中系数最大值 K在所有煤层所处的巷道层位中基本上是最小的。这说明，软弱煤层结构的存在，削弱了巷道围岩的应力集中程度，减小了集中应力的影响范围，实质上是起到了卸压的效果，其中煤层居于巷帮中央位置的结构形式的应力状态最佳。

（2）沿空掘巷围岩应力状态的不对称性

沿空掘巷实体煤侧比煤柱侧的应力集中程度高出许多，这是因为相邻采空区上覆岩层的活动己趋于稳定，沿空掘巷只是移走了已遭相邻区段采空區支撑压力破坏的煤体，致使小煤柱侧应力集中程度很小，且围岩塑性区扩展范围比较小。

3、煤柱的确定

护巷煤柱尺寸大小决定巷道是否承受侧向支承压力及其大小。由于侧向支承压力会引起巷道强烈变形，所以护巷煤柱尺寸是影响受采动影响回采巷道顶板围岩稳定性的一个重要因素。

4、煤柱尺寸留设的确定

根据矿压理论研究，当煤柱时尺寸较小时，沿空掘巷围岩的变形值相比较来说比较大，但应力集中或者说处于高应力的煤柱范围较小，这对于工作面回采时的巷道稳定有利;而采用相对较大煤柱方案时，在开采前期，围岩变形较小，但是随着开采的不断向前推进，由于巷道两侧的应力集中程度不断加大，煤柱和煤帮都处于较高应力水平状态，致使巷道的两帮和底板的变形速率加大，这不利于巷道较长时间的稳定。

因此，瑞德二矿煤矿采用沿采空区布置5m的煤柱进行开采，这样，即能采出足够的煤炭资源量，提高回采率，又能在服务年限之内能保证巷道的稳定，满足生产要求。

三、小煤柱开采优点

1、区段间采用小煤柱布置从地应力上分析：无煤柱、小煤柱布置的回风顺槽刚好避开了外应力场集中的位置，巷道压力小，变形小，有利于支护。另外，小煤柱布置能适应所有顶板条件，也解决了沿空留巷遇到顶板破碎管理难度大的问题。

2、区段间采用小煤柱开采对治理煤与瓦斯突出好处：无煤柱、小煤柱后，对上下邻近煤层的煤与瓦斯突出治理工作将大为降低。

3、区段间采用小煤柱布置顺槽从瓦斯治理上分析：无煤柱、小煤柱布置的回风顺槽掘进过程中基本是已消突，瓦斯已得到了充分释放，将大大降低瓦斯治理的成本。

4、区段间采用小煤柱布置顺槽从资源利用上分析：很显然，无煤柱、小煤柱开采煤炭资源的利用率是最高的。

四、效果分析

瑞德二矿在4203进行了实践，留5米的小煤柱，推采过程中没有什么不利影响，回采结束后可多采约 9万吨煤，按目前售价算创收了：9万X 300元/吨=2700万元，瑞德二矿煤炭资源本来就少，如该项技术在以后推广，将产生很好的经济和社会效益，同时延长了矿井的生产寿命。

五、小煤柱开采的建议

1、在有上部采空区有老空水的情况下煤柱留5米较好，如没有老空水的情况下可留3米。

2、采区回采顺序可采取跳采的方式进行，在采空区顶板跨落稳定后方可沿采空区边掘进。

3、避免在正在回采的工作面边掘小煤柱巷道，因为在推采的动压下沿空掘的巷道抗不住矿山压力的应力集中破坏。

4、巷道支护按正常的支护方式既可，不必进行增加支护。