淺談剩煤開采技術(shù)

闞士凱，朱 劼

(中國礦業(yè)大學(xué))

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

淺談剩煤開采技術(shù)

闞士凱，朱 劼

(中國礦業(yè)大學(xué))

剩煤開采是一個(gè)新興課題，也是一個(gè)亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題，對(duì)我國煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對(duì)剩煤賦存特征、采煤方法、巷道布置、采區(qū)尺寸、工作面支護(hù)、技術(shù)管理等方面的研究，在保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，以效益最優(yōu)為目標(biāo),從實(shí)踐中摸索研究合理可行的方法和途徑， 創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展。

剩煤開采；技術(shù)管理;改造；延伸；可持續(xù)發(fā)展

現(xiàn)今，國內(nèi)許多煤礦經(jīng)過幾十年的開采，已經(jīng)進(jìn)入衰老期，但由于老礦井過去使用落后的開采方法，致使礦井中遺留大量可利用煤炭，造成嚴(yán)重浪費(fèi)，與國家的可持續(xù)發(fā)展國策相違背，所以，必須采取有效方法，盡可能開采剩煤，減少浪費(fèi)。對(duì)衰老、儲(chǔ)量枯竭的礦井，應(yīng)利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行改造與延伸，以提高資源回收。在巷道布置和采煤方法的選擇上，應(yīng)本著剩煤不浪費(fèi)的原則，充分利用綜采放頂煤等先進(jìn)技術(shù)，保證在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，以效益最優(yōu)為目標(biāo),從實(shí)踐中摸索研究合理可行的方法和途徑， 創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展。

1 剩煤賦存特征

剩煤是指生產(chǎn)礦井儲(chǔ)量損失表已經(jīng)填報(bào)的那一部分損失量(主要是設(shè)計(jì)損失和地質(zhì)及水文地質(zhì)損失)以及轉(zhuǎn)出、注銷、報(bào)損及表外儲(chǔ)量。一般為井田煤柱，區(qū)段(階段)煤柱，落后采煤法的損失量，丟失的頂?shù)酌海z棄薄、劣煤以及零星塊段、構(gòu)造保護(hù)煤柱等。

1) 煤柱。

a) 區(qū)段及階段煤柱、軌道及運(yùn)輸上下山保護(hù)煤柱，這一類型的煤柱在生產(chǎn)礦井損失量中占有一定比重，其儲(chǔ)量一般占采區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量的15%～20%。

b) 構(gòu)造保護(hù)煤柱，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)段，由于受斷層切割褶曲影響，往往因安全考慮，丟失大量煤柱或頂、底煤。

c) 井田境界煤柱，即各井田之間留設(shè)的技術(shù)境界煤柱，一般留20～30 m。

d) 因?yàn)?zāi)害事故而留設(shè)的隔離煤柱，如因瓦斯事故、自然發(fā)火而沒有開采的區(qū)域。

2) 浮煤。主要是使用落后采煤方法的采區(qū)，在落煤過程中，大量浮煤被冒落的頂板巖石所覆蓋。

3) 底煤。主要是落后采煤法在掘進(jìn)期間沒有沿煤層底板送道，造成開采中丟底煤以及由于采優(yōu)棄劣，個(gè)別井區(qū)的小槽煤及煤層底板附近1.5～2.0 m的劣煤往往遺棄不采，造成大量資源丟失。

2 采煤方法

采煤方法是否合理，直接影響礦井生產(chǎn)的安全和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，所選擇的采煤方法必須符合安全、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、因地制宜的原則。由于殘煤煤體不連續(xù)、疏松易冒以及瓦斯含量相對(duì)較少，從利于頂板管理，防火和瓦斯管理等方面考慮，經(jīng)多年開采實(shí)踐，逐步形成了按煤層厚度、傾角分類的幾種采煤方法。

1) 煤層傾角近水平或近水平布置的殘煤，瓦斯含量小，煤質(zhì)疏松易冒，可采用巷柱采法開采。這時(shí)，如布置單扒面，工作面易淌煤矸，頂板很難管理，快采快挑優(yōu)越性明顯。

2) 煤層傾角<25°，煤層厚度>6.0 m，可采用單一長壁全陷扒頂煤采法開采。此采法為負(fù)壓通風(fēng)，由于傾角<25°，支架穩(wěn)定性易于實(shí)現(xiàn)。煤層厚度>6.0 m，工作面頂板易于維護(hù)。

3) 25°煤層傾角>45°的不連續(xù)殘煤，選用巷柱采法開采。此時(shí)，煤層可沿人工槽自溜。這一煤層條件下，瓦斯多積聚在采空區(qū)高處，放煤口附近瓦斯很小。只要放煤口及時(shí)落嚴(yán)，安全程度是有保障的。當(dāng)開采條件具備時(shí)，可選用綜采放頂煤技術(shù)。

4) 煤層傾角>45°，煤層厚度>8.0 m的殘煤，可采用單扒采法開采。此時(shí)，沿頂?shù)装逍纬扇肱棚L(fēng)系統(tǒng)，近水平布置工作面。頂煤厚度一般為采高的2～3倍。頂煤厚度小，頂板留不住，提前來矸；頂煤厚度大，推進(jìn)速度慢，頂煤下不來或“蓋被”，留下隱患。

5) 對(duì)于煤層傾角>45°，煤層厚度4～6 m的原始?jí)K段或連續(xù)煤體，用巷道長壁法(巷道法)開采。巷道長壁采法的瓦斯多集中于風(fēng)道后尾巷，而其余采空區(qū)內(nèi)并無瓦斯積存。因此，采用巷長采法，可連續(xù)推進(jìn)，提高回收率，減少回采巷道。

3 巷道布置

剩煤巷道布置應(yīng)從完善生產(chǎn)系統(tǒng)出發(fā)，依據(jù)殘煤疏松易冒、煤層變化大的特點(diǎn)加以確定。剩煤巷道布置前的資料查找工作對(duì)巷道布置及剩煤采區(qū)安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行起到重要的指導(dǎo)作用 。

根據(jù)各煤礦實(shí)際情況，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

1) 主要巷道應(yīng)盡量通過加強(qiáng)支護(hù)等方法利用原有巷道，區(qū)內(nèi)共用巷道應(yīng)盡量開鑿在煤層下部的小槽煤中，其它準(zhǔn)備巷道應(yīng)多送煤巷、少送巖巷。由于殘煤塊段普遍較小，少則幾千噸，多則幾萬噸，所以，復(fù)用原有巖巷，以及增加煤巷，可節(jié)省投資；區(qū)內(nèi)共用巷道開鑿在小槽煤中，既可防止采區(qū)準(zhǔn)備時(shí)的發(fā)火，巷道又有較穩(wěn)定的頂?shù)装?，防止掉底。由于殘煤塊段小、連續(xù)性差、厚薄不均，因此開采前后可能多次送道，逐一開采。

2) 應(yīng)盡可能回收煤炭資源。殘煤井(區(qū))均為貧煤井(區(qū))，加強(qiáng)煤炭回收是取得效益的重要一環(huán)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分運(yùn)用原始資料，分析原舊巷道和構(gòu)造位置在較長時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位移，經(jīng)鄰近巷道揭露證實(shí)后，再確定準(zhǔn)備采區(qū)的相關(guān)位置。

3) 應(yīng)有利于通風(fēng)管理、防止發(fā)火。殘煤巷道布置應(yīng)本著“掘、滅、采”的原則，區(qū)內(nèi)巷道應(yīng)力求揭露舊巷、積水、高溫和火點(diǎn)，使之在準(zhǔn)備期間得到預(yù)先處理。

4 采區(qū)尺寸

剩煤采區(qū)布置應(yīng)以小尺寸為宜。剩煤煤柱區(qū)，斜長應(yīng)<50 m，走向長度<100～120 m；區(qū)內(nèi)殘煤復(fù)采，斜長應(yīng)<20 m，走向長度<50 m；剩煤緩傾斜面長<20 m，急斜段高<10 m，可考慮取消小階段煤柱。因?yàn)槊娑?段高<10 m的)推進(jìn)速度快，上段即使局部有高溫，采空區(qū)碎矸的滑落也及時(shí)起到抑制作用，并隨工作面前進(jìn)，抑制作用不斷加強(qiáng)。

對(duì)厚度>6 m、段高>20 m的急斜塊段，應(yīng)與采空區(qū)隔絕，以防止上段高溫火點(diǎn)的威脅。

具有下降風(fēng)的采區(qū)，變坡點(diǎn)受負(fù)壓作用大，頂板又是瓦斯易積存區(qū)，應(yīng)力求布置在巖石中或煤巷發(fā)券，以防發(fā)火。

5 剩采工作面支護(hù)

對(duì)于剩采工作面，由于其走向長度小，斜長小，推進(jìn)速度快，一般不會(huì)出現(xiàn)頂板周期來壓現(xiàn)象。但是，我國現(xiàn)有工作面，老頂初次來壓步距為10～30 m的約占54%，30～55 m的約占37.5%。因此，對(duì)于我國大部分殘采工作面來說，其頂板仍然有垮落的危險(xiǎn)。根據(jù)經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠、可行的采場支護(hù)原則，可采用單體液壓支柱與π型鋼梁配套使用,柱、排距應(yīng)經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì),π型鋼梁和單柱成組支護(hù),三梁九柱為一組,棚梁間打好雙勁木,每個(gè)單柱均綁好防倒鏈,以防倒柱傷人。實(shí)踐證明，這種支護(hù)方式適應(yīng)了支撐頂板壓力的需要,且簡捷方便,整體性較好,對(duì)初期來壓和周期來壓起到了穩(wěn)定采場的作用,使回采工藝各工序能順利的完成。

6 剩采技術(shù)管理

剩煤開采，不安全因素較多，主要表現(xiàn)在：

1) 由于開采過程中既開幫又挑頂，使頂板處于劇烈活動(dòng)，不利于施工管理。

2) 由于采空區(qū)內(nèi)頂板冒落程度不同，頂板凹凸不平，并有高冒，必然產(chǎn)生渦流和局部瓦斯積聚。

3) 剩采回采率低，區(qū)內(nèi)丟煤多，給煤炭自燃發(fā)火創(chuàng)造了條件。

4) 采場底板破壞與突水。針對(duì)上述不安全因素，技術(shù)管理的重點(diǎn)是：通風(fēng)系統(tǒng)、瓦斯、消防火、突水和頂板應(yīng)采取相應(yīng)措施加強(qiáng)管理。

a) 要加強(qiáng)瓦斯管理，風(fēng)道上幫及風(fēng)道后尾巷不準(zhǔn)挑頂開幫，以防高頂瓦斯積聚，采過后要及時(shí)落嚴(yán)；機(jī)電設(shè)備要杜絕失爆。

b) 殘采區(qū)要有足夠的消防火手段，如注阻化泥漿、注水、注砂、及時(shí)封閉等。開采前系統(tǒng)要健全，封閉材料應(yīng)運(yùn)至區(qū)內(nèi)。開采后，要加強(qiáng)老塘及風(fēng)道后尾巷CO的檢查。c) 采用“砌體梁”結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)與回轉(zhuǎn)失穩(wěn)分析方法對(duì)底板關(guān)鍵層破斷塊體的穩(wěn)定性作出分析，從而對(duì)底板突水性作出評(píng)價(jià)。

d) 殘采由于煤質(zhì)疏松易冒，應(yīng)加強(qiáng)工作面戧棚(柱)的支護(hù)，采取穩(wěn)定性措施，有條件的工作面，采用單體液壓支柱與Π鋼配套，密集型支護(hù)，有力控制頂板。

綜上所述，對(duì)衰老、儲(chǔ)量枯竭的礦井，應(yīng)利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行改造與延伸，這是老井挖潛、提高資源回收的一個(gè)重要途徑。在巷道布置和采煤方法的選擇上應(yīng)本著剩煤不浪費(fèi)的原則，充分利用綜采放頂煤等先進(jìn)技術(shù)，保證在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，以效益最優(yōu)為目標(biāo),從實(shí)踐中摸索研究合理可行的方法和途徑，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展，延長煤在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的服務(wù)期限。

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DiscussiononResidualCoalMiningTechnology

KanShi-kai,ZhuJie

Residual coal mining is a new topic, also is an urgent problems. It has important realistic significance for the sustainable development of our country's coal industry. This article is based on the residual coal mining method, the occurrence characteristics, layout of tunnels, area sizes, face timbering, the management of technology and so on. In ensuring safety in production, we practice for reasonable and feasible ways and means based on the target of most benefits to create more cost-effective and sustainable development of coal mining.

Residual coal mining; Technology management; Transform;Extend;Sustainable development

闞士凱 男 1986年出生 2007年中國礦業(yè)大學(xué)在讀本科生 徐州 221116

TD823.2

A

1672-0652(2010)07-0012-03

2010-05-10