煤柱區綜采放頂煤工作面布置方式研究

楊會兵

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

山西蘭花集團莒山煤礦有限公司3號煤層正規工作面已采完，3號煤層刀柱式老采區遺留煤柱復采也已接近尾聲。對3號煤層遺留煤柱進行全面調查篩選，對具有回收利用價值煤柱的賦存狀況、儲量情況、回收條件以及回收利用的經濟效益等內容進行全方位的研究分析，決定在ZF309工作面采用綜采放頂煤對采區煤柱進行回收。

1 概況

ZF309工作面地質構造簡單，為單斜構造，層理一般，節理較發育，開采的3號煤層總厚度為6.10m，煤層傾角0～7°，煤層結構簡單，屬穩定煤層，頂板為泥巖，底板為砂質泥巖，在掘進過程未發現地質構造影響。蓋山約為110～135m。

2 工作面巷道布置

2.1 設計原則

在充分利用礦井現有設施、設備和各種輔助生產系統的前提下，利用已有巷道，布置煤柱回收工作面。工作面設計力爭做到系統暢通，設備配備合理，生產安全高效，投資回收期短，見效快，能提高礦井社會經濟效益。

結合礦井煤層賦存條件和礦井采掘設備現狀，采用長壁綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。

圖1 采煤方法圖

2.2 工作面布置

工作面設計采用“一面兩巷”布置，即ZF309運輸順槽和ZF309回風順槽，均沿3號煤層底板布置。其中：運輸順槽擔負進風和煤炭運輸任務，回風順槽擔負回風和輔助運輸任務。ZF309運輸順槽通過復采煤倉及3號煤運輸大巷與井底煤倉相連，ZF309回風順槽通過回風聯絡巷與總回風巷相連。

圖2 工作面及巷道平面布置圖

2.3 煤柱的留設

（1）ZF309工作面運輸順槽與3401、F210、F213采空區留設30m的保安煤柱；ZF309工作面回風順槽與F313采空區之間留設30m的保安煤柱。

根據《山西蘭花集團莒山煤礦有限公司煤柱綜放回收工作面巷道支護設計》：

合理的最小煤柱寬度B為：B=x1+x2+x3

式中：

x1-因上區段工作面開采而在下區段沿空掘巷窄煤柱中產生的破碎區；

x2-窄煤柱一幫錨桿有效長度，暫取錨桿長度為2.2m；

x3-考慮煤層厚度較大而增加的煤柱穩定性系數，按0.2×（x1+x2）計算。

其寬度按下式計算：

式中：

m-煤層采厚，取6.10m；

A-側壓系數；

μ-泊松比，取μ＝0.25；

φ0-煤層界面的內摩擦角，取16?；

C0-煤層界面的粘聚力，取1.5MPa；

k-應力集中系數，取3.0；

γ-巖層平均容重，取值為25.0kN/m3；

H-巷道埋深，取60m；

Px-對煤幫的支護阻力，因上區段采空區側采用錨桿支護，可取 =0.1。

經過計算，得到沿空掘巷時最小煤柱的寬度B=5.28m。因此，可將煤柱寬度確定為5.5m左右。

（2）工作面南側為雙王莊，屬Ⅱ級保護等級，需留設15m圍護帶寬度，使用垂線法計算其保護煤柱：

式中：

S村-村莊保護煤柱，m；

sl-圍護帶寬度，取15m；

h1-松散層厚度，16m；

a-松散層移動角，取45°；

h2-巖層厚度，84m；

b-巖層移動角，取72°。

ZF309工作面與雙王莊留設192m保護煤柱，滿足煤柱留設要求。

（3）井下主要大巷、采區大巷兩側保護煤柱寬度按照2017年5月修訂的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》第90條規定：

式中：

S1-大巷單側保護煤柱的水平寬度，m；

H-大巷的最大垂深，120m；

M-平均煤厚，6.1m；

f-煤的強度系數，；

Rc-煤的單向抗壓強度，9.5MPa。

經上式計算，設計開采3號煤層井下大巷保護煤柱為30m，工作面停采線位置根據總回風巷保護煤柱確定。

3 結語

通過對ZF309工作面的地質、煤層情況的分析，采用長壁綜采放頂煤采煤方法，工作面設計采用“一面兩巷”布置，經計算合理確定工作面周邊的保護煤柱，保證了工作面回采的安全。