王洼煤矿无煤柱开采的采区设计方案确定

马海虎

(宁夏王洼煤业有限公司王洼煤矿，宁夏 固原 756505)

0 引言

当煤柱留设宽度较大，会造成资源损失量增加，无法保证资源回收率。若缩小煤柱留设宽度，将造成单翼顺序开采时风巷受上工作面采动影响增大，给组织接续工作面的回风顺槽的掘进增加难度，因此合理选择煤柱宽度极为重要[1-3]。随着采煤技术和支护设备的发展，当前部分煤矿采用无煤柱或者窄煤柱开采，最大程度的回收资源，减小集中应力造成的采掘顶板事故，同时，煤柱的合理宽度选择需要根据不同开采地质条件而确定。

根据《王洼煤矿600万吨/年改扩建项目初步设计》，11采区北翼工作面开采为顺序式开采，相邻工作面之间的区段煤柱宽度为30～40 m。改扩建后老矿井作为改扩建矿井的中央采区，两采区之间通过+1 250 m运输大巷联通，实现了采区系统的合并，该大巷也为110504工作面回风顺槽，与矿井的+1 250 m运输大巷作为110504工作面的回风顺槽，该工作面回采时造成两采区系统独立。为了有效避免110504工作面回采至+1 250 m运输大巷段时两采区系统独立，煤柱留设宽度缩小后单翼顺序开采受相邻工作面采动的影响大[4-6]，无法组织接续工作面回风顺槽的掘进，根据矿井生产规划及两采区生产现状，结合《王洼煤矿合理区段煤柱参数科研报告》研究结论和开采新技术，提出了不同北翼剩余工作面实施沿空掘巷的方案，通过技术经济方案比较，结合生产实践进行选取。

1 方案概述

1.1 工程概况

王洼煤矿五号煤层厚度7.09～10.31 m，平均厚度8.7 m，煤层倾角6°～22°，属于单一倾斜煤层。煤层结构较简单-简单，层位稳定，煤层顶板岩性以粉砂岩、泥岩为主，厚度0.50～34.05 m，平均厚度4.11 m；伪顶以炭质泥岩、粉砂岩为主，厚度小于0.3 m。底板岩性以粉砂岩为主，厚0.53～12.58 m，平均厚3.01 m。

1.2 原方案

五号煤层目前正在回采北翼11采区。由于11采区北翼工作面原计划顺序开采，设计对110505、110507、110509这3个综放工作面(以下简称剩余工作面)回风顺槽均采用上、下2条回风巷、运输顺槽机轨合一的布置方式，即在掘进接续工作面时，先留设40 m的区段煤柱掘进下回风顺槽，待上工作面回采与接续面掘进重叠超过6个月后，调整回风顺槽掘进方位，将区段煤柱缩短为5 m，继续掘进形成工作面。工作面完成安装开始正常回采后，与回风顺槽调整方位的联络巷口距离为300 m时，安排从里向外施工上回风顺槽，每300 m施工一联络巷，上回风顺槽的掘进与工作面回采工作同步进行。区段煤柱留设宽度调整为5 m，将剩余的工作面回采率按75%计算，总可采煤量为1 840万t。

1.3 新方案设计

1.3.1 设计思路

为了有效避开剩余工作面开采过程中，上工作面回采对接续工作面重叠顺序开采采掘重叠段区域的压力显现，顺利实施沿空掘巷布置，计划对剩余工作面斜长进行缩短，将其划分为4个综放工作面(110505、110507、110509、110511)，以跳采的方式实施沿空掘巷方案。根据区段煤柱留设宽度和巷道布置方式的不同，形成3种新方案。

1.3.2 新方案

新方案一：区段煤柱留设宽度调整为5 m，将剩余的3个综放面划分为4个综放面，工作面回采率按75%计算，总可采煤量1 826万t。工作面生产能力按300万t/a计算，回采总工期为6 a。

新方案二：区段煤柱留设宽度调整为2 m，将剩余的3个综放面划分为4个综放面，工作面回采率按75%计算，总可采煤量为1 884万t。工作面的生产能力按300万t/a计算，回采总工期为6.28 a。

新方案三：实施无煤柱开采，相邻工作面的顺槽呈外错式，其中上工作面运输顺槽沿煤层顶板掘进，接续工作面回风顺槽沿巷道底板掘进。调整后剩余的3个综放面被划分为4个综放面，工作面回采率按75%计算，总可采煤量为1 963万t。工作面的生产能力按300万t/a计算，回采总工期为6.54 a。

2 技术评价分析

2.1 技术对比

上述3个新方案中，新方案一、新方案二顺槽巷道是沿煤层标志层或煤层中部布置；新方案三中110507、110511工作面的运输顺槽和回风顺槽均沿煤层顶板标志层掘进；110505工作面回风顺槽沿留顶煤1 m掘进，运输顺槽沿煤层底板(即110507工作面上口三角煤区网下)掘进；110509工作面回风顺槽沿煤层底板(即110507工作面下口三角煤区网下)掘进，运输顺槽沿煤层底板(即110511工作面上口三角煤区网下)掘进。根据顺槽巷道布置方式的不同，对其支护方式进行调整，其中沿煤层顶板支护方式为“锚网索+钢筋梯”联合支护[7-9]，巷道沿相邻工作面三角煤区底分层内(外错式)布置时，支护方式采用“锚网+29U型钢棚”联合支护。

2.2 技术评价

2.2.1 施工要点

新方案一与新方案二的主要区别在于区段煤柱留设宽度不一致，但按照《王洼煤矿合理区段煤柱参数研究报告》论证结果，区段煤柱在0～5 m范围内压力最小，大于5 m时，压力逐渐增大。因此预留2 m的区段煤柱，巷道掘进时压力更小，可提高资源回收率，但110509工作面两巷及110505工作面机巷锚网支护困难。新方案三外错式布置方式实施，110505工作面运输顺槽、110509工作面回风顺槽和运输顺槽均布置在相邻工作面上下口三角煤区域，但该区域煤层顶板已垮落，压力已释放，矿压较小[10-12]。在对顺槽巷道掘进时，需及时对顶板进行喷浆，封闭裂隙，减少漏风量，减小煤体氧化，回采过程中须加强工作面两巷防灭火管理。

2.2.2 成本及工期

根据技术比较，按照原方案在工作面回采过程中需承担2条回风顺槽的超前支护，相应的增加人工和材料消耗，成本增加。工作面超前支护采用液压支架进行支护，可实现减少工作面个数和搬家次数，可实施该方案。按照跳采的实施方案，110507、110511工作面采掘过程中探放水压力较大；110505及110509工作面在采掘过程中探放水压力相对会减轻，且2个工作面时间距离相邻采煤工作面回采结束工期已超过一年半，只要正常对工作面进行注浆、注氮，不会造成着火现象。

3 经济成本核算

3.1 成本核算内容

根据王洼煤矿综放工作面实际采掘情况，将剩余工作面原设计方案与新提出的3种方案进行比较，主要的经济成本核算内容见表1。

表1 北翼剩余工作面布置方案经济成本核算Table 1 The economic cost of the layout plan of the remaining working face in the north wing

主要数据计算与回采工艺断面的规格一致，平均掘进费用按照9 500元/m计算，综放开采电费为8.2度/t，每度电费0.6元，吨煤电费为4.92元；设备折旧的综放设备按12 000万计算，设备折旧费按10年计算得出4.0元/t；搬家1次(包括安装和回收)费用约600万元(包括人工和材料费)；巷道维护费用中，自控材料1 120元/m，单项工程1 370元/m，共2 490元/m。

3.2 成本核算结果

由表分析可得，原方案掘进工程量(25 220 m)大于新方案(方案一和方案二是24 725 m，方案三是24 740 m)掘进工程量，新方案的掘进工程量基本相同，生产总成本也基本相同。但是相比较方案三巷道掘进量最少，巷道支护成本最低，吨煤成本最低。按照原煤回采总量相比较，新方案三(相邻工作面顺槽外错布置，实施无煤柱回采)回采煤量最多，其次是新方案二(内错布置，预留2 m的区段煤柱)，对应的销售额和利润也是如此。

4 结论

(1)结合王洼煤矿的生产实际情况，确定采用无煤柱开采进行11采区北翼工作面的设计，可新增利润约1.78亿元。同时，减少了搬家倒面的频率，提高了生产效率。

(2)通过对新旧四套方案的技术经济评价分析得出，在方案设计和选择时，需要考虑方案的科学性、可行性、经济性。需要对开采、生产、洗选、经营等活动全盘考虑，统筹规划，得出最佳方案。