恒晉煤業(yè)采煤工作面沿空小煤柱資源回收方案實(shí)踐

摘 要：恒晉煤業(yè)為無(wú)沖擊地壓礦井，9205工作面兩巷均為沿空掘進(jìn)巷道，工作面巷道與采空區(qū)之間留設(shè)有8m寬煤柱，每米煤柱煤炭資源達(dá)到57.6噸，為提高礦井采煤工作面煤炭資源回收率，需要根據(jù)采煤工作面實(shí)際情況制定煤柱回收方案，以便取得較好的安全與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：采煤工作面;沿空巷道;煤柱;回收

皖北煤電恒晉煤業(yè)有限責(zé)任公司西二采區(qū)9205工作面回采巷道采用錨梁網(wǎng)索支護(hù)，工作面兩巷均為沿空掘進(jìn)巷道，工作面巷道與采空區(qū)之間留設(shè)有8m煤柱，巷道每米煤柱占用煤炭資源約57.6噸。采煤工作面回采巷道受采空壓力影響，巷道底鼓量大，幫部脹幫量大。隨著礦井9+10#煤層煤炭資源逐漸減少，充分回收采煤工作面煤炭資源是保障礦井生產(chǎn)接替、穩(wěn)定礦井經(jīng)濟(jì)效益的一條重要途徑。

1 工作面概況

9205工作面為9+10#煤層西二采區(qū)最后一個(gè)綜放工作面，切眼靠近礦界保護(hù)煤柱線，兩巷外側(cè)均為采空區(qū)，機(jī)巷外側(cè)為9203工作面采空區(qū)，風(fēng)巷外側(cè)為9105工作面采空區(qū)。工作面傾斜寬191m，推進(jìn)長(zhǎng)度1037m，采用綜合機(jī)械化放頂煤開采工藝，全部垮落法管理頂板。

9205工作面平面布置圖

工作面機(jī)巷設(shè)計(jì)凈寬×凈高=4500mm×2800mm，均采用錨梁網(wǎng)索支護(hù)。

2 工作面地質(zhì)概況

2.1 煤層

根據(jù)9205工作面掘進(jìn)情況分析，工作面區(qū)域內(nèi)9+10#煤層傾角7°～12°，煤層厚度在4.3m～5.4m之間，平均厚度4.5m，含夾矸1～3層，巖性多為泥巖，夾矸總厚度0.3～1.10m，平均厚0.70m，煤層為穩(wěn)定煤層。

2.2 煤層頂?shù)装?/p>

1）煤層頂板。工作面直接頂、老頂均為淺海相石灰?guī)r，致密堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育有小溶洞，充填有方解石脈，巖石以K2石灰?guī)r為主，中下部含泥巖薄層，平均厚11.69m，其抗壓強(qiáng)度平均29.6MPa，抗拉強(qiáng)度平均1.3MPa，9+10#煤層頂板K2灰?guī)r結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，致密堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度大屬較硬難冒落頂板。

2）煤層底板。工作面直接底為泥巖，黑色，粉砂質(zhì)膠結(jié)，含大量植物根部化石，厚2.81m。老底主要為11#煤層、泥巖、鋁質(zhì)泥巖、石灰?guī)r、鋁質(zhì)泥巖，老底總厚約15.78m。

3 工作面沿空巷道地壓情況

3.1 表觀顯現(xiàn)情況

根據(jù)9205工作面機(jī)巷掘進(jìn)期間安裝的頂板離層儀、巷道變形觀測(cè)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，巷道自掘開后即存在顯現(xiàn)礦壓現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為巷幫脹幫變形、底鼓等現(xiàn)象，根據(jù)巷道掘進(jìn)及工作面回采期間巷道變形情況監(jiān)測(cè)，巷道幫部脹幫變形260-680mm，底鼓320-560mm，因巷道頂板為厚度較大的K2灰?guī)r，頂板離層儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本上沒(méi)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化。

3.2 煤柱變形觀測(cè)情況

3.2.1 圍巖破壞情況觀測(cè)

采用鉆孔窺視儀對(duì)巷道幫部鉆孔情況進(jìn)行觀測(cè)，確定沿空側(cè)煤柱變形破壞、裂隙發(fā)育情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況如下：

9205機(jī)巷幫部鉆孔典型截圖

通過(guò)截取鉆孔巖層典型裂隙發(fā)展發(fā)育區(qū)域，總結(jié)分析了鉆孔巖層裂隙發(fā)展發(fā)育特征。結(jié)合幫部結(jié)構(gòu)和裂隙發(fā)育破碎特征，將幫部煤層分為：1）裂隙發(fā)育帶;2）離層區(qū);3）破碎區(qū);4）完整帶。

根據(jù)巷道幫部觀測(cè)孔觀測(cè)的煤柱破壞情況，沿空側(cè)煤柱在0.16-1.38m范圍內(nèi)裂隙較為發(fā)育，1.38m范圍以外的煤體較為完整。

3.2.2 支護(hù)錨桿受力監(jiān)測(cè)情況

根據(jù)對(duì)工作面沿空側(cè)煤柱支護(hù)錨桿螺母扭矩、抗拔力監(jiān)測(cè)情況，錨桿螺母扭矩均能達(dá)到100N·m以上，錨桿抗拔力均保持在60kN以上，均不低于巷道掘進(jìn)期間的設(shè)計(jì)值。

從巷道幫部鉆孔窺視、支護(hù)錨桿抽檢情況分析，沿空側(cè)巷道幫部受地壓影響最深破壞基本上在1.4m以內(nèi)，從沿空側(cè)煤柱幫部擴(kuò)刷實(shí)際情況看，巷道幫部破壞主要為表層500-700mm厚煤層因脹幫破壞，脹幫側(cè)擴(kuò)刷后煤體完整，沒(méi)有明顯裂隙現(xiàn)象。

4 沿空側(cè)煤柱資源回收方案

采煤工作面沿空側(cè)煤柱回收既需要保證巷道在工作面回采期間行人、運(yùn)輸?shù)陌踩嚯x，又需要根據(jù)工作面人員布置情況滿足安全生產(chǎn)需要，且工作面范圍內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量不得超過(guò)上限規(guī)定。根據(jù)巷道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合工作面人員、出貨方式等生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)采煤工作面沿空側(cè)煤柱只回收機(jī)巷側(cè)煤柱，回收采取分層式回收方案，將沿空側(cè)煤柱回收寬度控制在2.0m左右。

4.1 超前擴(kuò)刷巷道幫部回收煤炭資源

因沿空側(cè)巷道受采空壓力影響而發(fā)生脹幫變形、底鼓，影響巷道內(nèi)行人、運(yùn)輸?shù)陌踩嚯x，對(duì)沿空側(cè)煤柱采取超前工作面推進(jìn)的方式進(jìn)行擴(kuò)刷巷道幫部，擴(kuò)刷寬度約700-1000mm，擴(kuò)刷后頂?shù)装迮c巷道現(xiàn)場(chǎng)頂?shù)装逑嗤?，擴(kuò)刷后保障巷道內(nèi)行人、運(yùn)輸?shù)陌踩嚯x符合規(guī)范要求。擴(kuò)刷后巷道幫頂支護(hù)要求如下：

1）頂板支護(hù)。對(duì)擴(kuò)刷范圍內(nèi)的頂板采用錨梁網(wǎng)支護(hù)，頂板增加1排錨桿，頂板支護(hù)錨桿與巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)錨桿材質(zhì)、支護(hù)要求相同，采用Φ20 L=1600mm的左旋無(wú)縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，錨桿間距800mm，錨桿螺母扭矩不低于200N·m，錨桿的錨固力不小于80kN。

2）幫部支護(hù)。對(duì)擴(kuò)刷后的巷道幫部利用原有的全螺紋鋼筋錨桿進(jìn)行支護(hù)，幫部支護(hù)錨桿與巷道掘進(jìn)幫部支護(hù)錨桿材質(zhì)、支護(hù)要求相同，同時(shí)在已有的幫錨桿排距中部增補(bǔ)錨桿加強(qiáng)支護(hù)，每排增補(bǔ)2根Φ20 L=2000mm的全螺紋鋼筋錨桿，錨桿間排距1600mm×800mm，錨桿螺母扭矩不低于150N·m，錨桿的錨固力不小于60kN。

巷道頂幫支護(hù)除新投入支護(hù)錨桿外，金屬網(wǎng)、錨梁全部使用回收材料，不再新投入其它支護(hù)材料。

4.2 隨采擴(kuò)刷巷道幫部回收煤炭資源

根據(jù)回采工作面的推進(jìn)情況，緊跟巷道運(yùn)輸皮帶機(jī)尾對(duì)沿空側(cè)煤柱進(jìn)行二次擴(kuò)刷，擴(kuò)刷采用帶挖掘功能的巷道修復(fù)機(jī)施工作業(yè)，巷幫擴(kuò)刷寬度1.0-1.3m，巷幫擴(kuò)刷高度控制在2.8m，滿足工作面回采超前支護(hù)設(shè)備布置和行人安全距離。巷道擴(kuò)刷后支護(hù)方案如下：

采用單體支柱和鉸接頂梁對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，一梁一柱布置;對(duì)幫部再利用全螺紋鋼筋錨桿的情況下，直接利用單體支柱、回收的錨桿、鋼筋梁等材料進(jìn)行背幫支護(hù)，不再投入其它支護(hù)材料。

4.3 特殊回收巷道幫部煤炭資源

在沿空側(cè)煤柱內(nèi)穩(wěn)定性較好的地段施工矸石窖等硐室，實(shí)施存放巷道擴(kuò)刷期間產(chǎn)生的矸石，以便進(jìn)行煤矸互換，達(dá)到回收沿空側(cè)煤柱煤炭資源的目的。矸石窖凈寬×凈深=4000mm×4000mm，矸石窖采用錨梁網(wǎng)支護(hù)，支護(hù)方式與超前擴(kuò)刷支護(hù)方式相同。

5 經(jīng)濟(jì)效益情況

采煤工作面沿空側(cè)煤柱回收時(shí)，兩次擴(kuò)刷寬度達(dá)到2m，擴(kuò)刷側(cè)巷道高度2.8m，在不考慮矸石窖進(jìn)行煤矸互換回收資源的情況下，經(jīng)濟(jì)效益情況如下：

5.1 每米巷道回收煤炭資源

Q=2×2.8×1×1.4=7.84t（煤的容重1.4t/m3）

按礦井當(dāng)前原煤480元/噸銷售價(jià)格，扣除運(yùn)輸、電力、銷售成本后，按300元/噸利潤(rùn)計(jì)算，沿空側(cè)煤柱擴(kuò)刷每米可取得銷售利潤(rùn)：

7.84×300=2352元。

5.2 每米巷道擴(kuò)刷投入支護(hù)材料

巷道擴(kuò)刷時(shí)，頂幫錨桿支護(hù)排距800mm，每排使用Φ20L=2000mm全螺紋鋼筋錨桿2根，Φ20L=1600mm左旋無(wú)縱筋支護(hù)錨桿1根，其余使用的金屬網(wǎng)、鋼筋梁均為回采工作面回收材料，單體支柱、鉸接頂梁為重復(fù)性使用材料，側(cè)巷道幫部擴(kuò)刷每米巷道擴(kuò)刷需投入Φ20L=2000mm全螺紋鋼筋錨桿2.5根（32元/套），投入Φ20L=1600mm左旋無(wú)縱筋支護(hù)錨桿1.25根（30元/套）。沿空側(cè)煤柱擴(kuò)刷需支護(hù)材料費(fèi)用：

2.5×32+1.25×30=117.5元。

5.3 每米巷道擴(kuò)刷人工成本

巷道幫部擴(kuò)刷全部按照人工作業(yè)計(jì)算，根據(jù)定額標(biāo)準(zhǔn)為90元/m3計(jì)算，則沿空側(cè)煤柱擴(kuò)刷每米巷道需人工成本：

2×2.8×1×90=504元

支護(hù)錨桿作業(yè)成本頂板錨桿支護(hù)人工成本24元/根，幫部錨桿支護(hù)人工成本17元/根，掛網(wǎng)10元/m2，則沿空側(cè)煤柱擴(kuò)刷每米巷道人工支護(hù)成本：

2.5×17+1.25×24+（2+2.8）×10=120.3元

5.4 回收資源利潤(rùn)

根據(jù)沿空側(cè)煤柱擴(kuò)刷每米巷道回收煤炭取得的經(jīng)濟(jì)效益、在扣除支護(hù)成本、人工成本后，計(jì)算凈利潤(rùn)：

2352-117.5-504-120.3=1610.2元。

礦井西二采區(qū)9205工作面推進(jìn)長(zhǎng)度1037m，全部回收完畢取得經(jīng)濟(jì)效益：

1037×1610.2=167萬(wàn)元。

6 安全注意事項(xiàng)

1）回采工作面巷道沿空側(cè)煤柱回收需嚴(yán)格加強(qiáng)頂板管理，防止出現(xiàn)冒頂事故，因巷道受采空壓力影響，沿空巷道地壓大，巷道存在一定的變形破壞，在回收沿空側(cè)煤柱資源回收前必須調(diào)查煤柱穩(wěn)定性，回收過(guò)程中必須確保巷道頂幫穩(wěn)定，不能一次擴(kuò)刷到位而增加巷道的控頂面積，避免出現(xiàn)冒頂事故。

2）沿空側(cè)采空區(qū)內(nèi)存在瓦斯，巷道擴(kuò)刷時(shí)必須加強(qiáng)瓦斯管理，擴(kuò)刷巷道出現(xiàn)裂隙、破碎帶、老硐等特殊情況時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制定好專項(xiàng)管控措施，防止發(fā)生采空區(qū)瓦斯突然逸出造成工作面瓦斯超限。

3）沿空側(cè)巷道幫部擴(kuò)刷后必須對(duì)頂板進(jìn)行有效支護(hù)，減少二次變形對(duì)生產(chǎn)的影響。

4）使用巷道修復(fù)機(jī)挖掘設(shè)備擴(kuò)刷巷道幫部時(shí)，必須控制好設(shè)備作業(yè)力度，避免設(shè)備對(duì)巷道幫部大范圍破壞。

5）工作面沿空側(cè)煤柱擴(kuò)刷后，必須加強(qiáng)礦壓監(jiān)測(cè)，特別是頂板離層監(jiān)測(cè)，防止巷道斷面擴(kuò)大造成頂板事故。

7 結(jié)語(yǔ)

回采工作面沿空側(cè)煤柱資源回收前，必須根據(jù)采煤工作面頂?shù)装宓刭|(zhì)、礦壓監(jiān)測(cè)情況合理制定沿空側(cè)煤柱擴(kuò)刷方案。煤柱擴(kuò)刷后，必須對(duì)頂幫及時(shí)進(jìn)行有效支護(hù)，礦井在取得回收資源經(jīng)濟(jì)效益前，必須在安全、技術(shù)、管理方面采取針對(duì)性的措施，確保資源回收工作安全順利進(jìn)行。

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作者簡(jiǎn)介

章俊（1981-），湖北孝感人，2002年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任皖北煤電恒晉煤業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部高級(jí)工程師。