錦瑞煤業井下剩余煤柱綜采工藝研究

問蕭鋒

(山西煤炭運銷集團錦瑞煤業有限公司，山西 呂梁 033000)

引 言

錦瑞煤業8210綜采工作面剩余煤柱開采布置運輸、回風兩條順槽，兩順槽沿煤層頂、底板掘進，采用錨網支護，矩形斷面，運輸順槽寬4.5 m，高3.0 m，斷面積13.5 m2，回風順槽(新掘)寬4.0 m，高3.0 m，斷面積12 m2。兩幫錨桿采用Φ16 mm×1 600 mm的麻花式樹脂金屬桿體，間排距1 000 mm×1 000 mm，兩順槽主要用于本工作面運煤、進回風、行人、運料兼作工作面安全出口。順槽內布置有防塵、排水、壓風管路各一趟，同時敷設監測線路等管線，并在進風巷靠近工作面的地點設有設備列車一組，滿足設備供電及支架供液。在綜采過程中為了增加巷道穩定性，長期采用預留煤柱綜采技術方案，隨著開采時間的增加和開采范圍的不斷擴大，井下巷道內遺留了大量的煤柱，為了提升煤礦綜采作業的經濟性，因此決定開發一種井下剩余煤柱綜采技術方案，提升井下煤柱復采率和經濟效益。根據實際分析，最終采用了充填復采的技術方案。對實際應用情況進行了分析，根據實際應用表明，采用煤礦井下剩余煤柱綜采工藝方案后，煤礦井下剩余煤柱的回采率提升了87%，綜采作業效率提升了17.6%，具有極大的應用推廣價值[1-2]。

1 旺格維利采煤法

根據礦井回收煤柱的賦存特點，煤層厚度、煤層結構、頂底板巖性，以及其他開采條件，綜合考慮井田地質條件，結合已有大巷、聯絡巷及硐室布置，采用壁式一次采全高旺格維利采煤法，全部垮落式管理頂板[3]。

支巷掘進作業收尾后，把液壓支架設置到煤礦井下巷道的起始端，然后連續采煤機開始在煤礦井下巷道兩側進行交叉斜切作業，梭車開始在采煤機和破碎機之間進行連續的煤炭運輸作業，隨著綜采作業的進行不斷移動液壓支架交替前進，滿足綜采作業過程中的支護需求，最終穩定在綜采巷道的后側，實現對三角區域頂板的可靠支護，井下的破碎機將煤破碎后傳輸到輸送機上，最終輸送到地面。在回采作業中，采硐的寬度要能夠適應連續采煤機穩定運行時的行走寬度，采硐的深度要超過采煤機機身長度，若井下的地質條件較為復雜，則需要縮短硐室的長度，從而保證綜采作業過程中的快進快退，滿足綜采作業安全的需求[4]。

在綜采作業時按照支巷布置順序從里向外一次回采，每回采完兩條支巷，密閉后方可進入下一支巷。回采過程按照連采機位置調整→連采機切割→梭車運煤→采硐完成→清理浮煤→前移支架、支撐好頂板的方式進行運行。首先將井下支護液壓支架設置到巷道的迎頭位置，將第一個液壓支架設置到首個硐室的入口位置，采煤機在進行綜采作業時使用控制手柄實現遙控控制，滿足45°情況下的斜切進刀要求，在對首個硐室進行回采時，進刀的深度設置為11 m，如第118頁圖1A)所示。當完成首個硐室回采后，將采煤機退出來，然后移動液壓支架到距離第二個采硐約500 m處，滿足對三角區頂板的支護需求，等待1號液壓支架支護穩定后再控制2號液壓支架到相應位置，滿足對頂板的支護需求。如第118頁圖1B)所示，然后依次完成煤柱的回收作業。

圖1 剩余煤柱聯采工藝方案示意圖

2 快速混合綜采技術方案

在對剩余煤柱進行復采時，由于井下多數位置為采空區域，巷道穩定性差，部分區域不適用旺格維利采煤法，因此本文結合8210綜采工作面井下實際地質情況和對剩余煤柱的復采要求，探索出了一種混合快速綜采技術方案。該綜采工藝流程為上(下)端頭進刀→下(上)行割煤裝煤→運煤→移架→移溜、清煤→移轉載機→拆、運支架、刮板(割8刀)。

采煤機采用雙向割煤綜采技術方案[3]，往返一次割兩刀煤，該技術方案能夠確保采煤機沿工作面前后滾筒同時割煤，上行的割煤高度和下行的割煤高度覆蓋煤層的全厚，在截割作業過程中完成整改采煤循環，割煤速度快，回采率高，在割煤作業過程中采煤機選擇了斜切進刀的方案，割8刀后拆機尾支架2架，槽子2塊。具體來說，采煤機采用了端部斜切進刀的方案，在截割作業過程中帶式輸送機的機槽靠近煤壁時，采煤機的截割機構剛好到達綜采面的端部，此時在采煤機的機身位置還留有一段的待采區，然后控制采煤機調換截割作業模式，將前側滾筒搖臂降下來，將后側的滾筒升上去，沿著輸送機的彎曲段進行反向割煤，實現對剩余煤柱的割煤作業，綜采完成后控制輸送機調直，然后控制采煤機回歸正常截割位置，滿足截割作業需求。

在運煤時，采煤機前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，依靠后滾筒螺旋葉片自動裝入刮板輸送機,由刮板輸送機轉運到轉載機再由順槽膠帶輸送機運出。

壁式一次采全高旺格維利采煤法和混合快速綜采技術相結合的方案，在充分確保煤礦井下綜采安全的情況下，有效提升了對剩余煤柱的回采效率，穩定性高，使煤礦井下剩余煤柱的回采率提升了87%，綜采作業效率提升了17.6%，煤礦井下剩余煤柱綜合化機械綜采如圖2所示。

圖2 剩余煤柱綜合和機械綜采技術

3 剩余煤柱復采巷道頂板管理

為了確保在綜采作業過程中巷道頂板的穩定性，在傳統頂板管理方案的基礎上，提出了一種新的巷道頂板控制方案，在巷道的兩端頭采用DW35-150/100型單體液壓柱密集支護兩排,柱與柱中心距不大于0.2 m，單體柱排距為0.8 m。在回風順槽處采用DW35-150/100型單體液壓柱戴木柱帽超前支護的方案，共設兩排進行超前支護，柱帽的方向與工作面垂直，單體液壓柱之間用硬連接連接，打設范圍從工作面端頭支護外不小于20 m，兩順槽超前支柱泄液口全部指向兩幫，切頂柱、端頭柱泄液口全部指向采空區方向，避免支柱出現空載、泄液現象。

為了避免在綜采作業過程中礦壓波動導致的碎石的掉落，在巷道兩側及頂板上同步設置有網格尺寸為10 mm×10 mm的雙層防護金屬網[4]，滿足在綜采作業過程中安全防護的需求，剩余煤柱復采作業過程中復采巷道頂板支護結構如圖3所示。

圖3 剩余煤柱巷道頂板支護技術方案

4 結論

為解決錦瑞煤業8210綜采面剩余煤柱回收率低、煤炭資源浪費量大、嚴重影響綜采經濟性的現狀，通過開展剩余煤柱綜采技術方案研究，提出了壁式一次采全高旺格維利采煤法和混合快速綜采技術相結合的方案，對充填技術方案、綜采技術方案及支護技術方案進行了分析，結果表明：

a)壁式一次采全高旺格維利采煤法和混合快速綜采技術相結合的方案，有效提升了對剩余煤柱的回采效率，穩定性高，使煤礦井下剩余煤柱的回采率提升了87%，綜采作業效率提升了17.6%。

b)剩余煤柱復采巷道頂板管理技術，能夠確保在綜采作業過程中巷道的穩定性，提升綜采作業安全。