锦瑞煤业井下剩余煤柱综采工艺研究

问萧锋

(山西煤炭运销集团锦瑞煤业有限公司，山西 吕梁 033000)

引 言

锦瑞煤业8210综采工作面剩余煤柱开采布置运输、回风两条顺槽，两顺槽沿煤层顶、底板掘进，采用锚网支护，矩形断面，运输顺槽宽4.5 m，高3.0 m，断面积13.5 m2，回风顺槽(新掘)宽4.0 m，高3.0 m，断面积12 m2。两帮锚杆采用Φ16 mm×1 600 mm的麻花式树脂金属杆体，间排距1 000 mm×1 000 mm，两顺槽主要用于本工作面运煤、进回风、行人、运料兼作工作面安全出口。顺槽内布置有防尘、排水、压风管路各一趟，同时敷设监测线路等管线，并在进风巷靠近工作面的地点设有设备列车一组，满足设备供电及支架供液。在综采过程中为了增加巷道稳定性，长期采用预留煤柱综采技术方案，随着开采时间的增加和开采范围的不断扩大，井下巷道内遗留了大量的煤柱，为了提升煤矿综采作业的经济性，因此决定开发一种井下剩余煤柱综采技术方案，提升井下煤柱复采率和经济效益。根据实际分析，最终采用了充填复采的技术方案。对实际应用情况进行了分析，根据实际应用表明，采用煤矿井下剩余煤柱综采工艺方案后，煤矿井下剩余煤柱的回采率提升了87%，综采作业效率提升了17.6%，具有极大的应用推广价值[1-2]。

1 旺格维利采煤法

根据矿井回收煤柱的赋存特点，煤层厚度、煤层结构、顶底板岩性，以及其他开采条件，综合考虑井田地质条件，结合已有大巷、联络巷及硐室布置，采用壁式一次采全高旺格维利采煤法，全部垮落式管理顶板[3]。

支巷掘进作业收尾后，把液压支架设置到煤矿井下巷道的起始端，然后连续采煤机开始在煤矿井下巷道两侧进行交叉斜切作业，梭车开始在采煤机和破碎机之间进行连续的煤炭运输作业，随着综采作业的进行不断移动液压支架交替前进，满足综采作业过程中的支护需求，最终稳定在综采巷道的后侧，实现对三角区域顶板的可靠支护，井下的破碎机将煤破碎后传输到输送机上，最终输送到地面。在回采作业中，采硐的宽度要能够适应连续采煤机稳定运行时的行走宽度，采硐的深度要超过采煤机机身长度，若井下的地质条件较为复杂，则需要缩短硐室的长度，从而保证综采作业过程中的快进快退，满足综采作业安全的需求[4]。

在综采作业时按照支巷布置顺序从里向外一次回采，每回采完两条支巷，密闭后方可进入下一支巷。回采过程按照连采机位置调整→连采机切割→梭车运煤→采硐完成→清理浮煤→前移支架、支撑好顶板的方式进行运行。首先将井下支护液压支架设置到巷道的迎头位置，将第一个液压支架设置到首个硐室的入口位置，采煤机在进行综采作业时使用控制手柄实现遥控控制，满足45°情况下的斜切进刀要求，在对首个硐室进行回采时，进刀的深度设置为11 m，如第118页图1A)所示。当完成首个硐室回采后，将采煤机退出来，然后移动液压支架到距离第二个采硐约500 m处，满足对三角区顶板的支护需求，等待1号液压支架支护稳定后再控制2号液压支架到相应位置，满足对顶板的支护需求。如第118页图1B)所示，然后依次完成煤柱的回收作业。

图1 剩余煤柱联采工艺方案示意图

2 快速混合综采技术方案

在对剩余煤柱进行复采时，由于井下多数位置为采空区域，巷道稳定性差，部分区域不适用旺格维利采煤法，因此本文结合8210综采工作面井下实际地质情况和对剩余煤柱的复采要求，探索出了一种混合快速综采技术方案。该综采工艺流程为上(下)端头进刀→下(上)行割煤装煤→运煤→移架→移溜、清煤→移转载机→拆、运支架、刮板(割8刀)。

采煤机采用双向割煤综采技术方案[3]，往返一次割两刀煤，该技术方案能够确保采煤机沿工作面前后滚筒同时割煤，上行的割煤高度和下行的割煤高度覆盖煤层的全厚，在截割作业过程中完成整改采煤循环，割煤速度快，回采率高，在割煤作业过程中采煤机选择了斜切进刀的方案，割8刀后拆机尾支架2架，槽子2块。具体来说，采煤机采用了端部斜切进刀的方案，在截割作业过程中带式输送机的机槽靠近煤壁时，采煤机的截割机构刚好到达综采面的端部，此时在采煤机的机身位置还留有一段的待采区，然后控制采煤机调换截割作业模式，将前侧滚筒摇臂降下来，将后侧的滚筒升上去，沿着输送机的弯曲段进行反向割煤，实现对剩余煤柱的割煤作业，综采完成后控制输送机调直，然后控制采煤机回归正常截割位置，满足截割作业需求。

在运煤时，采煤机前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，依靠后滚筒螺旋叶片自动装入刮板输送机,由刮板输送机转运到转载机再由顺槽胶带输送机运出。

壁式一次采全高旺格维利采煤法和混合快速综采技术相结合的方案，在充分确保煤矿井下综采安全的情况下，有效提升了对剩余煤柱的回采效率，稳定性高，使煤矿井下剩余煤柱的回采率提升了87%，综采作业效率提升了17.6%，煤矿井下剩余煤柱综合化机械综采如图2所示。

图2 剩余煤柱综合和机械综采技术

3 剩余煤柱复采巷道顶板管理

为了确保在综采作业过程中巷道顶板的稳定性，在传统顶板管理方案的基础上，提出了一种新的巷道顶板控制方案，在巷道的两端头采用DW35-150/100型单体液压柱密集支护两排,柱与柱中心距不大于0.2 m，单体柱排距为0.8 m。在回风顺槽处采用DW35-150/100型单体液压柱戴木柱帽超前支护的方案，共设两排进行超前支护，柱帽的方向与工作面垂直，单体液压柱之间用硬连接连接，打设范围从工作面端头支护外不小于20 m，两顺槽超前支柱泄液口全部指向两帮，切顶柱、端头柱泄液口全部指向采空区方向，避免支柱出现空载、泄液现象。

为了避免在综采作业过程中矿压波动导致的碎石的掉落，在巷道两侧及顶板上同步设置有网格尺寸为10 mm×10 mm的双层防护金属网[4]，满足在综采作业过程中安全防护的需求，剩余煤柱复采作业过程中复采巷道顶板支护结构如图3所示。

图3 剩余煤柱巷道顶板支护技术方案

4 结论

为解决锦瑞煤业8210综采面剩余煤柱回收率低、煤炭资源浪费量大、严重影响综采经济性的现状，通过开展剩余煤柱综采技术方案研究，提出了壁式一次采全高旺格维利采煤法和混合快速综采技术相结合的方案，对充填技术方案、综采技术方案及支护技术方案进行了分析，结果表明：

a)壁式一次采全高旺格维利采煤法和混合快速综采技术相结合的方案，有效提升了对剩余煤柱的回采效率，稳定性高，使煤矿井下剩余煤柱的回采率提升了87%，综采作业效率提升了17.6%。

b)剩余煤柱复采巷道顶板管理技术，能够确保在综采作业过程中巷道的稳定性，提升综采作业安全。