恒昇煤业采留一体无掘巷开采技术可行性分析

2022-03-10孙长龙

中国科技纵横 2022年1期

孙长龙

（安徽省皖北煤电集团临汾天煜恒昇煤业，山西临汾 041000）

0.引言

现阶段我国煤矿均已进入高产高效建设模式，但工作面一般采用两巷或多巷布置，先掘后采，采掘比较低，掘进工程量大，接续紧张；而且为解决上下区段工作面不受采场扰动影响，一般采取留设区段保护煤柱的方法又造成煤炭资源浪费较严重。沿空留巷技术是减少巷道掘进、实现无煤柱开采的主要技术措施之一，既提高煤炭资源回收率、减少煤炭损失，又减少采空区的煤柱，可以有效降低煤炭自然发火的概率。

何满潮院士领导完成的“无煤柱开采110/N00工法”，开启了矿业科学技术第三次革命，该技术得到迅速推广，取得巨大的经济效益和社会效益[1]。由郑忠友教授等提出的采留一体无掘巷开采技术在南梁煤矿取得工业实验的成功，采留一体无掘巷开采技术是以整个采区为单位整体设计，沿采区边界布置边界导巷（即采区运输巷、采区回风巷、采区长切眼），形成整个采区巷道布置框架，工作面依次布置，依次回采。首采面一条巷道（工作面运输巷）利用采区边界导巷（采区运输巷），另一条巷道利用沿空留巷与采区边界导巷（采区长切眼、采区回风巷）组成生产、通风等系统，直至首采面开采完毕，留巷作为下一个工作面巷道重复使用[2]。如此重复，直至采区回采结束。

1.矿井概况

1.1 开拓方式

恒昇煤业矿井采用主斜副立综合开拓方式，年生产能力150万t/年，矿井采用多采区单、双翼布置，矿井东翼三采区、西翼四采区为单翼布置。

1.2 地质特征及可采煤层

地质、水文地质相对较简单，煤层赋存也较稳定，现回采煤层9+10号煤层为主采煤层，位于太原组下部，厚度4.39m～7.66m，平均厚度5.63m，含1～3层夹矸，岩性多为泥岩，夹矸总厚0.20m～2.42m，均厚0.85m，为肥煤和1/3焦煤。顶板为K2石灰岩，厚度一般在13.09m左右，底板多为泥岩、粉砂岩、细砂岩。地面标高为+1359m～+1504m，煤层埋深300m～440m，如图1所示。

图1 煤岩层综合柱状图

1.3 自燃性及瓦斯

（1）自燃性。9+10号煤层属于Ⅱ级自燃煤层，煤尘具有爆炸性。

（2）瓦斯。低瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量为2.24m3/min，相对涌出量为0.96m3/t，回采最大绝对涌出量0.80m3/min，掘进最大绝对涌出量0.25m3/min。

2.矿井生产现状

矿井现回采煤层9+10号煤层，东翼一采区、西翼二采区双翼布置，已回采完毕，东翼三采区单翼布置，首采面9301工作面正在回采，西翼四采区单翼布置，准备巷道已形成，尚未回采，暂封闭。矿井生产布局为一采两掘。如图2所示为恒昇煤业采掘工程平面图（北部）。

图2 恒昇煤业采掘工程平面图（北部）

3.矿井采留一体无掘巷开采可行性分析

（1）恒昇煤业尚有约10年的服务年限，矿井布局方面，三采区首采面9301工作面正在回采，尚余5个工作面，四采区尚未回采，2个采区整体布局较完整。

（2）三采区单翼布置，采区运输下山靠工作面收作线，为回采工作面沿空留巷作运输巷提供有力条件。且首采面9301工作面的阶段回风联巷已形成，为三采区采留一体无掘巷开采的回风系统提供了基础。

（3）四采区单翼布置，虽然采区运输下山远离工作面的收作线，但采区准备巷道、区段巷道均已形成，为该采区采留一体无掘巷开采打下基础，且四采区采留一体无掘巷开采可用三采区回风下山作为采区回风巷，既减少了一条大巷工程量又缩短了准备时间[3]。

（4）煤层直接顶板K2灰岩虽然坚硬，其中含有一层泥岩，距煤层3.4m左右，对采空区的顶板垮落较有利，坚硬顶板对沿空留巷的顶板支护较有利。据本矿工作面回采垮落情况及矿压观测资料，两巷垮落及时充分，直接顶垮落滞后工作面20m，老顶垮落滞后工作面45m。

（5）随着矿井向北翼边界延伸，我矿中央并列式通风距离越来越长，通风阻力加大，正在准备施工新风井，预算4000万元。如果采用采留一体无掘巷开采技术，沿空留巷，可保留一个掘进队伍，减少了2个掘进队伍，矿井形成三、四采区轮换交替的一采一备的生产布局，对北翼边界远距离通风是个极大的优化，可有效减少矿井需风量，降低了风阻，解决矿井长距离通风问题，不需施工新风井，仅此1项即可节约资金4000万元。

（6）预测经济效益对比如表1所示。参见恒昇煤业三、四采区采留一体无掘巷开采设计简图，如图3所示。