房柱式采煤法在井下采煤的應用

張偉

(山西高平科興平泉煤業有限公司，山西 高平 048400)

一、井下采煤的現狀

目前，我國礦區生產面臨很多大問題，礦區數量大、作業環境條件差、采煤技術落后、安全隱患多，采煤技術效率低等問題。對此，我們需要改進生產技術，提高生產工作人員的素質，把更多的時間和精力投放在技術上，而不是單純的追求煤礦的數量以及單純的經濟增長。如果能利用新技術和新設備，相信一定能解決傳統房柱式采煤的各種弊端，使資源能夠大幅度地得到回收并且能安全生產作業。新材料、新技術、新設備的應用將會成為未來煤炭事業發展的一個重頭戲。

二、井下采煤技術存在的問題

（一）采煤技術攻關課題難以實現

我國的采煤技術落后，機械化程度不高，采煤效率低下，采煤的方式還是以爆破式為主。與國外同行業的機電一體化、智能化、自動化的控制技術相比，我國的產品可靠性技術、數字集成技術以及計算機輔助設計技術仍然存在較大的差距。自從煤炭企業下放以后，由于受經濟實力等因素影響，煤炭地下氣化和煤炭地下漿化等技術未能得到推廣和應用，采煤技術也更加難以攻關。因此，技術問題也沒有得到解決，并成為目前采煤一直存在的嚴峻問題。

（二）采煤安全問題難以解決

目前，我國煤炭面臨的威脅煤礦的安全生產難題，主要體現在“一通三防”方面。此外，國家對這個行業科技支持力度和扶住力度相比過去也大大減少了，使得企業的生產積極性也大大地降低。采煤面臨的安全問題主要有災害預測儀器儀表沒有達到要求、避災系統利用水平低、防護裝備利用水平低、工作人員井下自救能力低，并且防治技術和裝備并沒有有效地防治和減輕災害的發生，導致煤礦安全事故時有發生。

三、房柱式采煤新技術在井下采煤的應用

在采煤的過程中，常用的方法主要有房柱式采煤法、巷柱式采煤法，二者均屬于柱式采煤法范疇。在煤層內開掘一系列稱為煤房的巷道，煤房左右用聯絡巷相連，這樣就形成一定尺寸的煤柱，煤柱可以留下不采，用來支撐頂板，此種方法稱為房式采煤法；也可以等煤房采完之后，再將煤柱按要求盡可能地采出，被稱為房柱式采煤法。按裝備不同，柱式體系采煤法可分為傳統的鉆眼爆破工藝和高度機械化的連續采煤機采煤工藝兩大類。傳統的爆破落煤工藝與煤巷鉆眼爆破掘進基本相同。我國地方煤礦，特別是鄉鎮煤礦應用機械化水平低的柱式體系采煤法較多。近年來我國部分大型現代化礦井也引進了連續采煤機等配套設備，提高了機械化程度。

（一）采煤工藝

按運煤方式的不同，連續采煤機采煤工藝可分為間

1 斷運輸工藝系統和連續運輸工藝系統。連續采煤機——梭車間斷運輸工藝系統

典型的連續采煤機間斷運輸工藝系統配套設備包括：1臺連續采煤機、1臺錨桿機、最2臺梭車或蓄電池運煤車、1臺給料破碎機、1臺蓄電池鏟車、1套移動變電站、充電設備和足夠的備用蓄電池。連續采煤機間斷運輸工藝系統主要用于中厚煤層和厚煤層中，有時也用于厚度較大的薄煤層中。

2 連續采煤機——輸送機連續運輸工藝系統

這種系統主要應用于薄煤層，今年來其在中厚煤層中的使用也呈上升趨勢。主要是將采煤機采落的煤，通過多臺輸送機轉運至膠帶輸送機上，其工藝系統如圖1所示

圖1 連續采煤機-輸送機連續運輸工藝系統

（一）采煤方法

1 塊狀煤柱房柱式采煤法

該法通常以4～5個以上的煤房為一組，同時掘進。煤房寬5～7 m，房間煤柱寬為15～25 m，每隔一定距離以聯絡巷貫通，形成矩形煤柱。采煤房時工藝過程及參數同房式采煤法，煤房掘進到預定長度后，即可回收房間煤柱。煤房間留設不同形狀的煤柱，采煤房時煤柱暫時支撐頂板，采完煤房后有計劃地回收所留的煤柱，如頂板穩定，可直接回收全部煤柱；反之，則要保留部分煤柱。根據煤柱尺寸和圍巖的條件不同，煤柱回收時主要選擇袋翼式、外進式、劈柱式三種回收工藝。

2 “旺格維利”采煤法

針對傳統的房柱式采煤法隨采深增加出現的地壓增大、采出率下降等問題，澳大利亞首先在“汪格維里”煤層中發展了“汪格維里”采煤法，在巷道布置、煤體切割及煤柱回收方面有所不同。

如圖2所示，盤區準備巷道長度按膠帶輸送機長度確定，可達500～600 m，有條件時可達1000 m。在盤區準

備巷道的一側或兩側布置長條狀的房柱，每組長條狀房柱寬為15 m左右，長約65～90 m。

圖2 條狀煤柱房柱式采煤法巷道布置

3 充填材料采煤新技術

與傳統的房柱式采煤技術相比，新技術只是在回采的過程中增加新型材料，通過應用吸水發泡速凝高強有機新型化工材料，交替充填煤房形成的人工撐體來重復開采煤柱，但其巷道布置和回采技術還是與原來的采煤方式一樣。先在井下進行采煤，然后對空出來的區域及時填充，形成人工支撐體，再開采煤柱，做到交替采煤。一邊回采，一邊填充采空區，一般房柱式采煤時，適宜采6m煤房，留6m煤柱。首先在一個房柱式巷道布置的小區域內完成6m煤房的回采，再對其進行充填，接著對所留的6m煤柱實施二次房柱式回采，直至徹底回采完，最后對此小區域立即進行永久封閉，從理論上實現了對煤炭資源的全部回收。這種交替填充采空區的新型材料填充技術，可以消除空頂作業，減少微風的擴散，改善工作的環境。充填體構具有柔韌性，可以避免開采后形成的大量的采空區頂板，減少頂板塌陷，保障了工作人員的生命安全。

四、房柱式采煤法的適用條件及評價

（一）適用條件

1 開采的深度較淺，一般不超過300-500m頂板較穩定的薄層及中厚層。

2 傾角在100以下，近水平煤層為佳；煤層賦存穩

3 定，起伏變化較小，地質構造比較簡單。

4 底板比較平整，頂板無淋水。低瓦斯，并且不容易自然發火。

（二）評價

房柱式采煤法的優點主要有：設備投資少，建設期短且快；設備運轉靈活，搬遷容易；巷道的壓力小，便于維護，且支護簡單，可以用錨桿來支護頂板；由于大部分是煤層巷道，所以矸石量很少，此外，矸石可以不外運，直接在井下處理，有利于環境保護；全員效率相對較高，中小型礦井更為明顯。

房柱式采煤法主要存在以下缺點：采區采出率不高，一般為70%-75%左右；通風條件較差，進回風并列布置，通風構筑物較多，漏風大；此外，采房和回收煤柱的時侯，容易出現多頭串聯通風。

結語

房柱式采煤法是采煤過程中常用的方法，這種采煤方法技術難度低、成本容易控制，故房柱式采煤法成為很多地方采煤方式的首選。如何才能在繼續使用房柱式采煤法采煤的同時能提高采煤經濟效率和安全性的問題，還有待繼續探討和研究。本文在介紹房柱式采煤法技術過程中所提到的新材料填充法或將是一個很好的解決安全問題的方法。希望技術、工藝得以不斷改進的房柱式采煤法能夠更好的服務于我國的煤炭事業，不斷地促進我國煤炭事業的發展，提高我國的經濟效益。

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