某礦區優化設計和整合資源創效方案探討

時 昭

（新汶礦業集團協莊煤礦，山東 泰安 271221）

引言

隨著科學技術發展，煤礦由小規模分散布局和經營向集團化集中統一經營模式轉變，煤礦管理模式也由粗放式管理向集約式管理方向進行升級，煤礦的設計和整合方案向優化和快速回采轉變。我們的優化設計和整合方案主要是緊密結合現場的實際情況，從采場周邊情況、巷道布置、煤巖層產狀、安全生產系統情況以及煤質等等多個方面進行綜合考慮，從設計、掘進、采煤到工作面撤除進行全流程優化管控，做到了一面一策、一巷一策，通過多種技術手段的實踐，整合了開采資源，提高了礦井產量，創造了經濟效益[1]。

1 1 號煤礦邊角煤柱優化設計方案

1 號煤礦62102 工作面和62113 工作面區域的煤層受到落差7 mDF15 斷層和落差12 m 的F4 斷層的切割，形成了一塊獨立塊段煤田。該煤田地表主要為荒山、農田，北部為礦井邊界，西部為斷層和采空塌陷區，東部為斷層和采空塌陷區,南部及正上方采空塌陷區，地面村莊還沒有全部搬遷結束。兩面儲量分別為30 萬t 和40 萬t，雖然儲量比較小，但由于特殊的地質構造的影響，煤的變質程度高，煤質良好，含硫量低，發熱量高。如果單獨進行回采，僅安撤面一項費用就高達900 萬元，從生產和經濟方面都極不合理。近年來，由于村莊已經全部搬遷，加上近期主采工作面煤層含硫量高，商品煤質量較差。利用這2 個工作面進行配采，正好發揮含硫低的優勢，不僅有效降低了商品煤的含硫量，提高了礦井商品煤的發熱量，提高了煤質和商品煤的價格。對該塊段進行聯合布置優化設計和回采，能夠較好地實現快掘、快安、快采和快撤，實現良好的技術經濟效益。

該設計方案優點：通過優化設計與回采技術的利用，安全生產各系統且有布局集中、環節少、利用率高、工程量小、工程和工期前后銜接緊湊等優點。該方案不僅提高了優質煤炭資料的回收利用率，而且安全生產隱患明顯減少，安全生產效率和效益得到了進一步的提高。

2 2 號煤礦沿空留巷優化方案應用

2 號煤礦4203 工作面回采2 號煤，上覆蓋層厚度200～250 m。老頂為灰白色粗粒石英砂巖為穩定巖層。直接頂為節理發育灰色頁巖，底部灰白色中細砂巖7～7.5 m，工作面范圍內穩定。工作面煤層走向近南北，傾向西，傾角7～17°，平均11°。煤層穩定，平均厚度3.6～3.8 m。局部含1 層夾矸，平均厚度0.3～0.95 m。沿空留巷為4205 工作面的4205 材料巷，巷道斷面為4.4×3.5 m 矩形，支護型式為：錨桿金屬網支護。4205 工作面回采結束以后，整條巷道保留下來作為下一個工作面的材料巷（如圖1 所示）。

3 沿空留巷支護形式

采用裝配式隔離墻技術進行沿空留巷支護。采用鋼筋混凝土塊C30，規格為長度* 寬度* 高度1 000 mm×800 mm×400 mm，通過鋼筋混凝土塊將巷道與采空區分開[2]。

沿空留巷（原巷道）加強支護：在超前支護范圍內即20 m 范圍補強。補強支護型式和參數：巷道頂板使用鋼帶梁，采用W200 mmL2 400～3 400 mm 鋼帶，三根Φ15.24 mm×5 000 mm 錨索。巷道幫部增加兩排補強錨桿，采用Φ18 mm×1 800 mm 預應力蛇形錨桿。超前支護設計距離20 m，采用單體支柱配合∏型鋼梁棚，間距1.8 m，一梁三柱。正對切眼位置處支設3架∏型鋼梁棚，向外支設6 架∏型鋼梁棚，一梁三柱。再往外5 架∏型鋼梁棚，一梁兩柱[3-5]。

砌墻主要采用砌墻機輔助人工進行施工，混凝土塊由砌墻機械進行搬運和砌墻。端頭支架安裝：在4203 材料順槽端頭安裝1 部端頭架，采用邁步式進行移動，端頭支架較正常回采基本架長3.5 m 左右。使用平板車將裝配式砌塊運到端頭架外側，采用砌墻機進行砌塊的搬運作業。在砌塊與砌塊之間安裝密封膠條，以填充砌塊之間的空隙，增加砌塊的穩定性，隔離采空區，采用預應力支撐柱接頂，在砌塊與頂板之間填充粘塑性接頂密封材料。根據現場礦壓觀測情況，沿空留巷施工過程中，需要進行一次加強支護，拖后加強支護不少于50 m 左右。拖后加強支護時間一般為一個周期來壓步距+5 m 以上。采用單體支柱配合∏型鋼梁棚，一梁三柱，柱間距0.8～1 m，加強支護的鋼棚與砌塊墻間距100 mm 的加強支護形式。砌墻完成后，為了減少采空區的漏風，對砌塊墻進行噴漿封閉。同時為了便于觀測采空區內的情況，在墻體預留觀測孔，由瓦檢員進行定期觀測。通過對氣體參數進行測量和分析，工作期間未出現氣體異常現象。

沿空留巷道進行加強支護：根據現場實際礦壓觀測數據情況分析，沿空留巷施工過程中，需要對所留巷道區域進行一次加強支護，拖后加強支護不少于50 m 左右。拖后加強支護時間一般為一個周期來壓步距+5 m 以上，確保所留巷道支護有效，保證巷道整體的完整性。

4 3 號煤礦三角煤柱優化設計增加儲量25.1 萬t

3 號煤礦僅回收三角煤柱一項，增加了有效儲量25.1 萬t。3 號煤礦4206 工作面，主要回采煤層3 號煤，工作面范圍內煤層穩定,煤層厚度3.2～4.4 m，平均厚度4 m；煤層走向近南北，傾向東西，傾角11°～15°，平均11°，普氏硬度系數f=0.9，煤種為氣煤。工作面主要區域回采完成后，外部的三角煤區域，邊回采邊撤支架縮面，如圖2 所示。

先將工作面調整為直角狀態，從距縮面起點50 m開始，每天進行調斜，到達縮面位置前10 m，將工作面調整到直角狀態，以利于頂板管理和支架撤除。

補強支護長度195 m，主要對頂板、兩幫進行加強支護。主要參數：一是頂板，補打了5m 錨索配2.4 m規格W 型鋼帶，鋼帶間距2.0 m，并在近面側頂板鋼帶之間另打單根錨索；二是巷幫，對巷道兩幫全斷面地錨網加強支護，兩幫最下排錨桿距地坪不得大于1.0m。

聯絡巷三岔區域超前進行加強支護，加強支護長度30 m；加強支護形式采用單體π 鋼棚。支護參數為棚距1.0 m，一梁三柱，柱子穿鐵鞋，減小底板比壓。提前安裝2 臺20 t 穩車，通過穩車車接力的方式，將90 號架拖入拆架硐室，然后解體，裝車封牢后繼續向外運輸，最后運輸到井上。

支架撤除后，立即空頂區域進行加強支護。采用單體支護配合π 鋼棚：靠老空第一排鋼棚，打設6 棵單體支柱，三棵戧柱；第二排鋼棚，打設不少于4 棵單體，其中戧柱2 棵；第三排π 鋼棚，打設3 棵單體。

5 縮面生產組織

縮面生產組織主要分為三個階段：一是面長由130 m 縮短到70 m；二是面長由70 m 到縮短到46 m；三是面長46 m 開始鋪網上繩，直至達到最終停采線為止。第一階段為工作面共推進80 m，平均每天割煤6 個循環，生產組織方式為：每生產3 個循環撤除1 部支架。歷時約24 d。第二階段為工作面共推進32.67 m，每天割煤累計7.5～8.5 次循環。生產組織方式為：每生產3 個循環撤除1 部支架。歷時8 d。第三階段是從工作面長46 m 處開始，進行鋪網上繩，到達最終停采線，歷時4 d，從而將4206 工作面三角煤柱安全回收。3 號煤礦僅回收三角煤柱一項，增加了有效儲量25.1 萬t。其中61107 工作面三角煤柱，多回收工作面儲量14 萬t；回收6203 工作面角煤柱面積7 630 m2，增加儲量4.1 萬t，4206 工作面回收三角煤柱面積10 558 m2，多增加儲量7 萬t。

6 結語

某礦井公司通過對所轄礦區煤炭資源的綜合回采率提高了30%～35%，現公司生產規模達到了300多萬t，有效提高礦井生產量，減少了礦井掘進巷道開掘數量，減少了巷道施工工程量和工人勞動量，減少了開掘順槽巷道的資金投資，有效緩解了礦井的采掘接續，提升了工作和經濟效率。