王洼煤礦無煤柱開采的采區設計方案確定

馬海虎

(寧夏王洼煤業有限公司王洼煤礦，寧夏 固原 756505)

0 引言

當煤柱留設寬度較大，會造成資源損失量增加，無法保證資源回收率。若縮小煤柱留設寬度，將造成單翼順序開采時風巷受上工作面采動影響增大，給組織接續工作面的回風順槽的掘進增加難度，因此合理選擇煤柱寬度極為重要[1-3]。隨著采煤技術和支護設備的發展，當前部分煤礦采用無煤柱或者窄煤柱開采，最大程度的回收資源，減小集中應力造成的采掘頂板事故，同時，煤柱的合理寬度選擇需要根據不同開采地質條件而確定。

根據《王洼煤礦600萬噸/年改擴建項目初步設計》，11采區北翼工作面開采為順序式開采，相鄰工作面之間的區段煤柱寬度為30～40 m。改擴建后老礦井作為改擴建礦井的中央采區，兩采區之間通過+1 250 m運輸大巷聯通，實現了采區系統的合并，該大巷也為110504工作面回風順槽，與礦井的+1 250 m運輸大巷作為110504工作面的回風順槽，該工作面回采時造成兩采區系統獨立。為了有效避免110504工作面回采至+1 250 m運輸大巷段時兩采區系統獨立，煤柱留設寬度縮小后單翼順序開采受相鄰工作面采動的影響大[4-6]，無法組織接續工作面回風順槽的掘進，根據礦井生產規劃及兩采區生產現狀，結合《王洼煤礦合理區段煤柱參數科研報告》研究結論和開采新技術，提出了不同北翼剩余工作面實施沿空掘巷的方案，通過技術經濟方案比較，結合生產實踐進行選取。

1 方案概述

1.1 工程概況

王洼煤礦五號煤層厚度7.09～10.31 m，平均厚度8.7 m，煤層傾角6°～22°，屬于單一傾斜煤層。煤層結構較簡單-簡單，層位穩定，煤層頂板巖性以粉砂巖、泥巖為主，厚度0.50～34.05 m，平均厚度4.11 m；偽頂以炭質泥巖、粉砂巖為主，厚度小于0.3 m。底板巖性以粉砂巖為主，厚0.53～12.58 m，平均厚3.01 m。

1.2 原方案

五號煤層目前正在回采北翼11采區。由于11采區北翼工作面原計劃順序開采，設計對110505、110507、110509這3個綜放工作面(以下簡稱剩余工作面)回風順槽均采用上、下2條回風巷、運輸順槽機軌合一的布置方式，即在掘進接續工作面時，先留設40 m的區段煤柱掘進下回風順槽，待上工作面回采與接續面掘進重疊超過6個月后，調整回風順槽掘進方位，將區段煤柱縮短為5 m，繼續掘進形成工作面。工作面完成安裝開始正常回采后，與回風順槽調整方位的聯絡巷口距離為300 m時，安排從里向外施工上回風順槽，每300 m施工一聯絡巷，上回風順槽的掘進與工作面回采工作同步進行。區段煤柱留設寬度調整為5 m，將剩余的工作面回采率按75%計算，總可采煤量為1 840萬t。

1.3 新方案設計

1.3.1 設計思路

為了有效避開剩余工作面開采過程中，上工作面回采對接續工作面重疊順序開采采掘重疊段區域的壓力顯現，順利實施沿空掘巷布置，計劃對剩余工作面斜長進行縮短，將其劃分為4個綜放工作面(110505、110507、110509、110511)，以跳采的方式實施沿空掘巷方案。根據區段煤柱留設寬度和巷道布置方式的不同，形成3種新方案。

1.3.2 新方案

新方案一：區段煤柱留設寬度調整為5 m，將剩余的3個綜放面劃分為4個綜放面，工作面回采率按75%計算，總可采煤量1 826萬t。工作面生產能力按300萬t/a計算，回采總工期為6 a。

新方案二：區段煤柱留設寬度調整為2 m，將剩余的3個綜放面劃分為4個綜放面，工作面回采率按75%計算，總可采煤量為1 884萬t。工作面的生產能力按300萬t/a計算，回采總工期為6.28 a。

新方案三：實施無煤柱開采，相鄰工作面的順槽呈外錯式，其中上工作面運輸順槽沿煤層頂板掘進，接續工作面回風順槽沿巷道底板掘進。調整后剩余的3個綜放面被劃分為4個綜放面，工作面回采率按75%計算，總可采煤量為1 963萬t。工作面的生產能力按300萬t/a計算，回采總工期為6.54 a。

2 技術評價分析

2.1 技術對比

上述3個新方案中，新方案一、新方案二順槽巷道是沿煤層標志層或煤層中部布置；新方案三中110507、110511工作面的運輸順槽和回風順槽均沿煤層頂板標志層掘進；110505工作面回風順槽沿留頂煤1 m掘進，運輸順槽沿煤層底板(即110507工作面上口三角煤區網下)掘進；110509工作面回風順槽沿煤層底板(即110507工作面下口三角煤區網下)掘進，運輸順槽沿煤層底板(即110511工作面上口三角煤區網下)掘進。根據順槽巷道布置方式的不同，對其支護方式進行調整，其中沿煤層頂板支護方式為“錨網索+鋼筋梯”聯合支護[7-9]，巷道沿相鄰工作面三角煤區底分層內(外錯式)布置時，支護方式采用“錨網+29U型鋼棚”聯合支護。

2.2 技術評價

2.2.1 施工要點

新方案一與新方案二的主要區別在于區段煤柱留設寬度不一致，但按照《王洼煤礦合理區段煤柱參數研究報告》論證結果，區段煤柱在0～5 m范圍內壓力最小，大于5 m時，壓力逐漸增大。因此預留2 m的區段煤柱，巷道掘進時壓力更小，可提高資源回收率，但110509工作面兩巷及110505工作面機巷錨網支護困難。新方案三外錯式布置方式實施，110505工作面運輸順槽、110509工作面回風順槽和運輸順槽均布置在相鄰工作面上下口三角煤區域，但該區域煤層頂板已垮落，壓力已釋放，礦壓較小[10-12]。在對順槽巷道掘進時，需及時對頂板進行噴漿，封閉裂隙，減少漏風量，減小煤體氧化，回采過程中須加強工作面兩巷防滅火管理。

2.2.2 成本及工期

根據技術比較，按照原方案在工作面回采過程中需承擔2條回風順槽的超前支護，相應的增加人工和材料消耗，成本增加。工作面超前支護采用液壓支架進行支護，可實現減少工作面個數和搬家次數，可實施該方案。按照跳采的實施方案，110507、110511工作面采掘過程中探放水壓力較大；110505及110509工作面在采掘過程中探放水壓力相對會減輕，且2個工作面時間距離相鄰采煤工作面回采結束工期已超過一年半，只要正常對工作面進行注漿、注氮，不會造成著火現象。

3 經濟成本核算

3.1 成本核算內容

根據王洼煤礦綜放工作面實際采掘情況，將剩余工作面原設計方案與新提出的3種方案進行比較，主要的經濟成本核算內容見表1。

表1 北翼剩余工作面布置方案經濟成本核算Table 1 The economic cost of the layout plan of the remaining working face in the north wing

主要數據計算與回采工藝斷面的規格一致，平均掘進費用按照9 500元/m計算，綜放開采電費為8.2度/t，每度電費0.6元，噸煤電費為4.92元；設備折舊的綜放設備按12 000萬計算，設備折舊費按10年計算得出4.0元/t；搬家1次(包括安裝和回收)費用約600萬元(包括人工和材料費)；巷道維護費用中，自控材料1 120元/m，單項工程1 370元/m，共2 490元/m。

3.2 成本核算結果

由表分析可得，原方案掘進工程量(25 220 m)大于新方案(方案一和方案二是24 725 m，方案三是24 740 m)掘進工程量，新方案的掘進工程量基本相同，生產總成本也基本相同。但是相比較方案三巷道掘進量最少，巷道支護成本最低，噸煤成本最低。按照原煤回采總量相比較，新方案三(相鄰工作面順槽外錯布置，實施無煤柱回采)回采煤量最多，其次是新方案二(內錯布置，預留2 m的區段煤柱)，對應的銷售額和利潤也是如此。

4 結論

(1)結合王洼煤礦的生產實際情況，確定采用無煤柱開采進行11采區北翼工作面的設計，可新增利潤約1.78億元。同時，減少了搬家倒面的頻率，提高了生產效率。

(2)通過對新舊四套方案的技術經濟評價分析得出，在方案設計和選擇時，需要考慮方案的科學性、可行性、經濟性。需要對開采、生產、洗選、經營等活動全盤考慮，統籌規劃，得出最佳方案。