煤炭高效安全生產(chǎn)開發(fā)及加工技術(shù)

牛清海

摘 要：煤炭作為重要能源，已被廣泛應(yīng)用到工業(yè)發(fā)展以及人類生活中，起著它不可替代的重要作用。在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中，煤炭能源作為生活基礎(chǔ)能源，可以起到促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提供熱量等重要的作用，安全高效生產(chǎn)更是企業(yè)重中之重

關(guān)鍵詞：安全；效益；科技創(chuàng)新

一、井工煤礦長(zhǎng)壁式開采中，普遍在大巷與上山兩側(cè)留設(shè)保護(hù)煤柱，工作面末采期間需要提前留出設(shè)備回撤通道。

這種布置方式存在的問(wèn)題包括：① 礦井回采率低；② 設(shè)備回撤速度慢；③ 回撤通道工程量大與支護(hù)困難等。峰峰集團(tuán)梧桐莊礦182312綜采工作面為三采區(qū)2#煤層最后一個(gè)工作面，計(jì)劃在182312工作面開采結(jié)束后，對(duì)上山保護(hù)煤柱進(jìn)行回收，如何實(shí)現(xiàn)182312工作面末采及支架回撤，直接關(guān)系到182312外工作面（回收上山煤柱的傾斜工作面）布置。針對(duì)上述問(wèn)題，冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）合作，在梧桐莊礦開展了“走向與傾斜長(zhǎng)壁工作面協(xié)同高效開采關(guān)鍵技術(shù)研究”。項(xiàng)目歷經(jīng)近三年時(shí)間，到達(dá)了預(yù)期目標(biāo)，所提出的研究成果已在峰峰集團(tuán)梧桐莊等礦得到推廣實(shí)用。

項(xiàng)目以峰峰集團(tuán)梧桐莊礦182312走向工作面與182312外上山煤柱回收工作面（圖1）為工程背景，采用理論研究、數(shù)值分析、物理模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)合的方法，提出并成功應(yīng)用了走向工作面無(wú)煤柱末采技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，利用已停采走向工作面液壓支架對(duì)上山巷道進(jìn)行巷旁支護(hù)，形成新型沿空留巷技術(shù)，為182312外上山煤柱回收工作面服務(wù)；利用182312外上山煤柱回收工作面沿傾斜方向推進(jìn)與巷旁加強(qiáng)支護(hù)液壓支架的空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)已停采走向工作面液壓支架的有序、快速回收，形成了全套的走向與傾向長(zhǎng)壁工作面協(xié)同高效開采技術(shù)。

二、項(xiàng)目取得的主要研究成果：

⑴ 提出并實(shí)施了走向長(zhǎng)壁工作面末采貫通上山作為回采巷道和回撤通道的新技術(shù)，為傾斜長(zhǎng)壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保證了傾斜長(zhǎng)壁工作面的銜接開采，提高了采區(qū)回采率、降低了巷道工程量。

⑵ 研發(fā)了以液壓支架作為巷旁支護(hù)核心的沿空留巷技術(shù)，采用長(zhǎng)錨索等補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方法，有效控制了所留巷道圍巖變形，保障了回撤通道的安全復(fù)用。

⑶ 研究得到了綜采工作面超前支承壓力對(duì)采區(qū)煤柱穩(wěn)定性的作用規(guī)律，提出了控制采高、提高推進(jìn)速度的末采工藝，實(shí)現(xiàn)了上山煤柱回收與上山內(nèi)液壓支架快速、有序回撤協(xié)同作業(yè)。

3.推廣應(yīng)用情況、所取得的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目已于2018年12月通過(guò)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的科技成果鑒定，研究成果已在峰峰集團(tuán)梧桐莊三采區(qū)、八采區(qū)等處開展應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

以梧桐莊三采區(qū)182312走向長(zhǎng)壁工作面和182312外傾斜長(zhǎng)壁工作面為例。與傳統(tǒng)留設(shè)40m寬的保護(hù)煤柱相比，該技術(shù)可多回采煤炭資源量4.8萬(wàn)t，新增直接經(jīng)濟(jì)效益5760萬(wàn)元，新增利潤(rùn)4320萬(wàn)元；此外，該技術(shù)利用上山作為支架回撤通道，不必另外掘進(jìn)專用回撤通道，可節(jié)省掘進(jìn)維護(hù)及人工費(fèi)用318萬(wàn)元；相比傳統(tǒng)支架回撤，可節(jié)省巷道掘進(jìn)工時(shí)和支架回撤工時(shí)，可產(chǎn)生近1.0億元時(shí)間效益。

三、主要科技創(chuàng)新

以峰峰集團(tuán)梧桐莊礦2#煤層三采區(qū)182312走向長(zhǎng)壁工作面和182312外回收煤柱傾斜長(zhǎng)壁工作面為工程背景，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算、物理模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和工業(yè)性試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法和手段，提出并成功應(yīng)用了走向工作面無(wú)煤柱末采技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，利用已停采走向工作面液壓支架對(duì)上山巷道進(jìn)行巷旁支護(hù)，形成新型沿空留巷技術(shù)，為182312外上山煤柱回收工作面服務(wù)；利用182312外上山煤柱回收工作面沿傾斜方向推進(jìn)與巷旁加強(qiáng)支護(hù)液壓支架的空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)已停采走向工作面液壓支架的有序、快速回收，形成了全套的走向與傾向長(zhǎng)壁工作面協(xié)同高效開采技術(shù)。

創(chuàng)新1：提出并實(shí)施了走向長(zhǎng)壁工作面末采無(wú)煤柱貫通上山作為回采巷道和回撤通道的新技術(shù)，為傾斜長(zhǎng)壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保證了傾斜長(zhǎng)壁工作面的銜接開采，提高了采區(qū)回采率、降低了巷道工程量

傳統(tǒng)走向長(zhǎng)壁工作面末采時(shí)，停采線一般要與上山之間留設(shè)寬20～40m的護(hù)巷煤柱，造成大量煤炭資源損失。在傳統(tǒng)支架回撤工藝中，無(wú)預(yù)掘回撤通道、預(yù)掘單回撤通道和預(yù)掘雙回撤通道是最常用的三種方式，即在停采線處采用采煤機(jī)擴(kuò)幫或者開掘?qū)Ｓ没爻吠ǖ馈o(wú)論采用哪一種回撤方式，停采處都要與上山之間留設(shè)護(hù)巷煤柱，且增加巷道掘進(jìn)工程量，增加巷道掘進(jìn)、支護(hù)材料及人工費(fèi)用。

基于上述傳統(tǒng)末采及回撤工藝存在的問(wèn)題，結(jié)合梧桐莊三采區(qū)的工程背景和開采現(xiàn)狀，提出走向長(zhǎng)壁工作面無(wú)煤柱貫通上山技術(shù)，利用貫通上山作為支架回撤通道和傾斜長(zhǎng)壁工作面的回采巷道，提高了采區(qū)回采率，降低了巷道工程量和支護(hù)成本。

⑴ 采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法，獲得走向長(zhǎng)壁工作面的常規(guī)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。在182312走向長(zhǎng)壁工作面的液壓支架布置測(cè)站，自開切眼處至工作面推進(jìn)100m的過(guò)程中，監(jiān)測(cè)液壓支架壓力變化，得到了182312走向長(zhǎng)壁工作面基本頂初次來(lái)壓步距為42m、周期來(lái)壓步距為20m，工作面中部支架阻力大于端頭支架阻力，工作面下端頭支架阻力略大于工作面上端頭支架阻力等走向長(zhǎng)壁工作面常規(guī)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

⑵ 采用理論分析方法，結(jié)合采區(qū)煤柱、回撤通道與工作面空間位置關(guān)系（圖3-1），建立了采場(chǎng)支承應(yīng)力分布的力學(xué)平衡方程，并對(duì)煤柱穩(wěn)定影響因素進(jìn)行了分析。這些影響因素包括：① 埋藏深度H；② 側(cè)壓系數(shù)λ；③ 摩擦因素f；④ 斷裂線距離回撤通道非開采幫距離d；⑤ 超前應(yīng)力集中系數(shù)K；⑥ 采高h(yuǎn)；⑦ 回撤通道寬度w1、工作面開采空間w2和煤柱尺寸w；⑧ 回撤通道阻力f1與工作面液壓支架工作阻力f2。計(jì)算并分析了上述因素對(duì)煤柱穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所言，煤炭經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成，煤炭的生產(chǎn)關(guān)系著社會(huì)現(xiàn)代化能源供應(yīng)水平的高低。作為煤炭企業(yè)，在日常生產(chǎn)加工期間引進(jìn)先進(jìn)的加工工藝是不可缺少的，穩(wěn)定煤礦安全生產(chǎn)的良好局面，必須大力加強(qiáng)安全生產(chǎn)管理工作，只有這樣，才能促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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