資源枯竭型礦井殘留煤柱安全高效回收技術研究與應用

摘 要：為了提高煤炭采出率，延長資源枯竭型礦井的服務年限，針對百善煤礦現有巷道布置情況，研究設計殘留煤柱的經濟高效回收系統，提出了不規則殘留煤柱綜采提效和懸移支架炮采提產技術，安全高效回收殘留煤150余萬噸，創造了良好經濟效益，為資源枯竭型礦井殘留煤柱安全高效回采提供了寶貴的經驗。

關鍵詞：殘留煤柱；高效；綜采；懸移支架

引言

皖北煤電集團百善煤礦經過三十余年的高強度開采，資源儲量已近枯竭，回采殘余煤柱在一定程度上能提高煤炭的采出率，延長礦井的服務年限[1]。百善煤礦針對現有巷道布置情況，研究設計殘留煤柱的經濟高效回收系統和工作面過老巷的安全技術措施，滿足了工作面安全穩定生產，節約成本，減少了資源浪費，為其他礦區開采煤柱提供了寶貴經驗。

1 礦井剩余地質儲量情況

2015年初，礦井剩余地質儲量為469.6萬噸，剩余可采儲量為169.3萬噸，東65采區目前剩余654煤柱5、東65煤柱兩個工作面，北部系統采區目前剩余北大巷煤柱一個工作面，中央采區剩余工廣煤柱1和工廣煤柱2兩個工作面。煤柱分布如圖1所示。

2 衰老礦井煤柱回收問題分析

（1）技術方面：目前礦井已全面進入回收殘余煤柱階段，這就造成布置的工作面回采期間穿跨大巷、采區巷道、聯巷繞道極為頻繁，如采取綜采工藝，考慮支架自重及初撐力較大，在老巷加固處理方式上存在難點；不規則煤柱存在開采期間減架、甩采等環節，需超前研究制定回采細節方案及措施，不然將嚴重制約推進度，影響產能提升；剩余孤島煤柱周邊均為老空區，且大多已成型巷道為無煤柱沿空施工，導致綜采面組裝、拆除硐室布置十分困難。

（2）安全方面：采用綜采生產，導致生產接替、人員配置、采煤工藝、技術保障、設備維護等礦井主要運轉環節上發生大幅度的變化，可能造成一定的安全隱患。

（3）設備配備及材料供應方面：綜采支架和采煤機組設備陳舊且數量較少；由于回采巷道需要重新布置，導致巷道掘進量增加，支護材料和膠帶輸送機需求量增大；另外由于綜采面的上馬導致供電系統需更新配套，方可滿足各綜采面之間的運轉及接替。

3 殘留煤柱安全高效開采實踐

經過生產規劃方案技術經濟比較后，對地質條件及系統條件較好、工作面走向較長和面長較穩定的北大巷煤柱、工廣煤柱1、工廣煤柱2三個工作面采用綜采工藝；對地質和系統條件較差的654煤柱5、東65煤柱采用懸移支架炮采工藝。限于篇幅，本文僅對北大巷煤柱綜采工藝和東65煤柱懸移支架炮采工藝進行闡述。

3.1 不規則殘余煤柱綜采提效

3.1.1 工作面概況

北大巷煤柱工作面位于北部集中皮帶機巷、北部集中運道兩翼，如圖2所示。西側靠近6812、6811、6810、689、688、687、686采空區；北側靠近6410、64北部煤柱采空區；東側靠近646、645、644、643、642、641采空區；南側靠近68南翼煤柱、624采空區。該設計工作面走向長858～891m，傾斜寬83～139m。煤層平均煤厚2.7m，傾角4～14°，煤層底板賦存標高為-198.3～-153.2m，該區域煤厚變異系數為5%，煤層可采性指數為1。工作面設計可采面積97129m2，地質儲量38.6萬噸，可采儲量36.7萬噸。直接頂以灰～深灰色粉砂巖為主，厚4.1～7.6m，致密，均一，局部顯水平微波狀層理，大部分地段有一層厚約0.3m的煤線。工作面地質構造相對簡單。

3.1.2 采煤方法及主要設備配備

工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化采煤方法，一次采全高，采用端頭斜切進刀割三角煤的方式，往返一次進二刀。工作面布置98架ZZ4000-17/35型液壓支架，采用MG160/390-WD型螺旋滾筒采煤機割煤，工作面SGZ-730/400型刮板運輸機運煤。機巷采用一部SGB-630/150型刮板輸送機、SZZ-730/160型轉載機、SSJ-1000型膠帶輸送機和一部SGW-40T刮板輸送機運煤。（1）采煤機割煤至工作面左端頭時，依次拉架，并將刮板運輸機推移至煤壁；（2）調換滾筒上下位置，反向牽引，通過彎曲段，然后自下而上推移輸送機至平直狀態；（3）再重新返刀割掉三角煤；（4）采煤機空機返回，進入正常割煤狀態。

3.1.3 工作面縮減架

由于該煤柱工作面不規則，在工作面推進到風巷645、643段時，需要進行兩次縮減支架施工，其中645段拆除23架、643段拆除16架。為確保施工安全，提前編制設計和安全技術措施，并組織專業隊伍施工。

3.1.4 過老巷期間的安全管理

由于該工作面走向較長，面內垮冒老巷較多。工作面過老巷前要認真排查老巷層位，頂底板等安全狀況，并制定專項措施。工作面揭露老巷時，要及時跟機拉超前架，并打開護幫板及時支護。揭露老巷后，加強該范圍內的頂板支護，確保支架初撐力合格，支架間隙及側護板錯距符合質量標準，嚴禁出現歪架、擠架或支架超高使用[2]。

3.2 懸移支架炮采提產

3.2.1 工作面概況

東65煤柱工作面位于五采區北部，該工作面東部為6541、6542采空區，西部為六五皮帶機巷下山，北部至6540機巷，南部為654煤柱5風巷。工作面設計走向長336m，傾斜寬137～197m。東65煤柱工作面煤層厚度3.0m左右；煤層傾角5～12°，平均煤層傾角9°。煤層呈黑色，半亮型，以碎塊狀為主，局部為粉狀，性脆，具內生裂隙。煤厚變異系數12%，煤層可采性指數1。直接頂以淺灰～深灰色砂泥巖互層為主，具緩波狀水平層理，厚6.2～8.8m，工作面地質構造相對簡單。

3.2.2 回采工藝與設備

該工作面采用放炮采煤方法，一次采全高。工作面采取以懸移支架支護為主，液壓單體支柱配合鉸接頂梁支護為輔的支護形式。工作面爆破后，由人工將放落的煤裝入刮板輸送機，由刮板輸送機運出，運輸巷采用刮板輸送機、帶式輸送機運煤。以液壓單體配合金屬鉸接頂梁支護段作業工序：打眼→裝藥→爆破→掛梁（臨時支護）→栽背幫柱→出煤→移車→補正規柱→回柱。以懸移支架支護段工序：打眼→裝藥→收回翻轉梁→爆破→伸開翻轉梁臨時支護→出煤→提起四根立柱→收回翻轉梁→移頂梁、立柱→升起四根立柱→伸開翻轉梁護住煤幫→移車→移托梁→清理工作面浮煤。工作面生產設備配置如表1所示。

3.2.3 超前巷道的圍巖變形控制措施

采用金屬錨架聯合支護方式，如圖3所示。該聯合支護的一個重要的作用是將棚架作為錨桿索的托盤，讓這個在主動支護中原本用于約束圍巖變形的主承載結構（托盤）由被動支護的主體棚架來承擔，實現了主動支護與被動支護充分結合，使得棚架同時兼備主動支護與被動支護兩種形式的主體部分，達到支護效果的最佳體現。具體支護參數如下：金屬工字鋼棚架規格：11#工字鋼，棚頂與棚腿搭接長度為100mm，連接處用卡勾卡住，棚排距650mm。錨桿規格：錨桿采用Φ18×2000mm左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿，每根錨桿采用2卷K2350樹脂藥卷，底部錨桿距下端750mm，上部兩排錨桿間距700mm。傳載短梁規格：10#槽鋼，長850mm，槽鋼腹板緊貼棚腿，槽鋼的腹板中心部位開設直徑21mm的圓孔作為錨桿的穿孔；在槽鋼兩端各開設直徑25mm的圓孔，距兩端30mm，圓孔用于安裝M20×90mm的螺栓，目的是防止工字鋼變形失穩。單體支柱規格：采用DW31.5礦用單體液壓支柱，單體支柱直接支護在工字鋼棚架梁上，間距650mm，距離巷幫300mm。

4 效益分析

通過不斷優化生產設計，及時對臨近采空區、頻繁過老峒以及回采過程中縮減支架、調斜回采等重點問題的分析總結，已安全高效回采殘余煤150余萬噸，創造了良好經濟效益，延長了礦井的服務年限，創新實踐了不規則殘留煤柱綜采提效和懸移支架炮采提產技術，為資源枯竭型礦井殘留煤柱安全高效回采提供了寶貴的經驗。

參考文獻

[1]林偉，吳正海.百善煤礦殘留煤柱安全高效回收技術研究與實踐[J].能源技術與管理，2014，39（1）：82-83.

[2]張建堂，王坤，辛東京，等.衰老礦井提高資源回收率的技術研究[J].安徽科技，2014，4：49-50.

作者簡介：吳正海（1981-），男，安徽安慶人，工程碩士，采礦工程師，現任皖北煤電集團百善煤礦生產技術科副科長，長期從事采煤生產與技術管理工作，發表論文十余篇。