煤礦資源綜采放頂煤及無煤柱采煤技術(shù)應(yīng)用

潘 峰

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 山西晉城 048000）

無煤柱采煤技術(shù)能夠在采煤過程中，不保留護(hù)巷煤柱，而采用其他方法維護(hù)巷道，從而提高回采率、減少沖擊地壓，同時期掘進(jìn)率先對較低，巷道維護(hù)費(fèi)用也相對較少，是一種非常先進(jìn)的采煤技術(shù)。選取山西晉城蘭花科創(chuàng)的伯方煤礦二盤區(qū)三＃煤層作為研究對象，探討綜采放頂煤無煤柱采煤技術(shù)在該煤層的應(yīng)用方法和可行性。

1 工作面概況

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦二盤區(qū)3＃煤層，平均厚度為5.25m，有0.1～0.24m的黑色泥巖和炭質(zhì)泥巖偽頂；直接頂為厚層灰黑色的粉砂巖，性脆，井田中部變?yōu)槟媳毕虻拇稚皫r；頂板以上0～9.37m（一般為1～3m）有厚層中粗砂巖，一般厚10m以上，泥質(zhì)膠結(jié)，為3＃煤層的老頂或直接頂，裂隙發(fā)育中等，不易冒落，開采時易管理，屬Ⅱ～Ⅲ類頂板。其柱狀圖如圖1。瓦斯相對涌出量1.7m3/t，絕對涌出量2.3m3/min，屬于低瓦斯礦井，煤屬于不易自燃煤層，地溫、地壓穩(wěn)定。

圖1 山西晉城蘭花科創(chuàng)的伯方煤礦二盤區(qū)3＃煤層地質(zhì)條件柱狀圖

2 無煤柱開采的可行性分析

無煤柱開采技術(shù)是通過沿空留巷或者沿空掘巷的方式實(shí)現(xiàn)的，如果直接采用沿空留巷技術(shù)實(shí)現(xiàn)無煤柱開采必然是非常困難的。煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合技術(shù)的出現(xiàn)使得對煤巷圍巖的支護(hù)強(qiáng)度大大增強(qiáng)，從而使得沿空留巷技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)無煤柱開采也成為了現(xiàn)實(shí)。

目前伯方煤礦正在開采的為3#煤層，如圖1所示，該煤層下以黑灰色泥巖、粉砂巖為主，夾有一層較薄的菱鐵礦層，底部是K7砂巖層，頂部即為3號煤層，煤層的厚度較大，非常穩(wěn)定，是目前伯方煤礦的主要煤層。除此之外，目前該煤層本身就是采用的綜采放頂煤技術(shù)，在早期也采用了煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合技術(shù)，而摒棄了傳統(tǒng)的架棚巷道技術(shù)，因此在支護(hù)強(qiáng)度方面也能夠達(dá)到無煤柱開采的要求，沿空留巷效果也能夠得到保障。因此，從技術(shù)條件上來看，是可行的。

3 巷道的布置與生產(chǎn)工藝

3.1 巷道的布置

伯方煤礦3#煤層剩余可采儲量布置只有二盤區(qū)，目前正在生產(chǎn)。根據(jù)無煤柱開采的技術(shù)要求，以及礦井實(shí)際條件，初步確定盤區(qū)區(qū)段的寬度為195m，然后沿著水平大巷的兩側(cè)進(jìn)行布置，區(qū)段的長度根據(jù)煤層賦存條件以及盤區(qū)的幾何尺寸進(jìn)行確定。

工作面的運(yùn)輸巷距離上一個區(qū)段運(yùn)輸巷130m，平行排列，工作面配副巷距離上一區(qū)段運(yùn)輸巷30m，同樣是平行排列，上一區(qū)段的榆樹鄉(xiāng)在回采過程中，采取措施進(jìn)行沿空留巷，即，工作面的回風(fēng)巷。回風(fēng)巷的切眼垂直于運(yùn)輸巷，與上一區(qū)段的沿空留巷貫通。想到斷面的運(yùn)輸槽高度為2.7m，寬度為4.5m，配副巷高度為2.6m，寬度為3.4m。上一區(qū)段的沿空留巷后高度為1.8m，寬度為2.2m。工作面可以采用W型通風(fēng)方案，沿空留巷充當(dāng)瓦斯排放和回風(fēng)巷。通風(fēng)方案的布置如圖2所示：

圖2 通風(fēng)方案示意圖

3.2 生產(chǎn)工藝

在工作面采用綜采放頂煤的開采工藝，按走向采用長壁后退式方法進(jìn)行開采，支護(hù)支架選用ZY9400/28/62液壓支架，支護(hù)高度為2800～6200mm，采煤機(jī)方面，選用地科技股份有限公司上海分公司生產(chǎn)的MG1100/2740-GWD型交流電牽引采煤機(jī)。為了配合綜采放頂煤的工藝要求，在刮板運(yùn)輸機(jī)方面，選用的是山西煤機(jī)廠生產(chǎn)的SGZ-1000/1400型工作面刮板輸送機(jī)。頂煤采用的是全部垮落法進(jìn)行管理，煤層一次采全高。機(jī)組的工作方式，采用的是斜切式進(jìn)刀，同時采用單向割煤工藝，機(jī)組每次往返進(jìn)刀一次，按照順序自上而下進(jìn)行工作面放頂煤，放煤步距選擇為600mm。

在上一區(qū)段回采完畢，采空區(qū)冒落嚴(yán)實(shí)，圍巖活動相對穩(wěn)定后，再沿采空區(qū)和煤體邊緣掘進(jìn)巷道，根據(jù)開采的實(shí)際情況，可以選擇完全不留煤柱，沿采空區(qū)掘進(jìn)，也可以保留3~5m寬的小煤柱。

4 綜采放頂煤無煤柱開采之中的幾個關(guān)鍵問題

4.1 區(qū)段運(yùn)輸巷沿空留巷技術(shù)問題

在目前的技術(shù)條件下，沿空留巷的效果直接決定了無煤柱開采的成敗。采用煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，確實(shí)能夠有效的提高巷道支護(hù)強(qiáng)度，這為沿空留巷提供了一個堅實(shí)的基礎(chǔ)。但是，在運(yùn)用煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)之后，在回采期間圍巖應(yīng)力會產(chǎn)生較大的變化，這要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際開采條件，結(jié)合沿空留巷的應(yīng)力分布以及唯一特點(diǎn)，對“懸臂梁結(jié)構(gòu)”進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。同時，還需要加強(qiáng)安全管理，安排專業(yè)的隊(duì)伍打密集點(diǎn)柱、木垛，同時還要負(fù)責(zé)臥底出貨。

4.2 無煤柱開采技術(shù)的使用

在過斷層作業(yè)中，施工的順利與否關(guān)鍵在于對工作面走向，方向和角度等問題的控制，尤其是下山開采角度，傾斜方向的角度的控制，而且走向方向度要在斷層的各個要素的情況下進(jìn)行判斷，不能隨意的對其下判斷。一般而言，在工作中，要以下順槽作為標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，然后按照巷道18度作為下山的坡度，這樣工作的流程首先是從下出口開始，由排頭架到工作面的步步推進(jìn)，然后在講支架開始托煤頂開始開采，并且再開始過渡到斷層下，這個工作步驟的重點(diǎn)在于，工作面下拖煤頂開采開始時候起，就必須要對工作面進(jìn)行嚴(yán)格的保證，這樣走向下山大概18度，假如不能將下山的調(diào)度控制在18度以上，施工時工作面會撞到斷層下班頂板，所以這樣會影響到工作面，使得開采工作失敗。

在二盤區(qū)西側(cè)為下行開采，在完成前一個工作面的開采之后，運(yùn)輸巷形成了沿空留巷，留下的巷道能夠作為有序工作面的回風(fēng)巷。而在回風(fēng)巷的作用發(fā)揮完畢之后，在兩個相鄰的想到之間不再需要留設(shè)階段性的煤柱。此時，就可以實(shí)現(xiàn)對采取工作面的無煤柱開采，通過這種方法，伯方煤礦3#煤層二盤區(qū)可以多回收煤炭7.9萬噸，從而較大的提高了回采率。

4.3 工作面過空硐的技術(shù)

在工作面的回采過程之中，運(yùn)輸巷、副巷以及上部的沿空留巷都必須要在工作面煤壁上進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)20m，同時在配副巷離煤壁20m處設(shè)置3套單體支護(hù)加強(qiáng)設(shè)備。在回采的過程之中，由于存在配副巷，這就需要同時進(jìn)行托頂煤回采，而在掘進(jìn)的過程中，也需要進(jìn)行沿頂掘進(jìn)，在這個過程中需要在配副巷的兩個支架上再采用雜木棚背實(shí)，防止配副巷上下兩幫片幫造成的支架前出現(xiàn)前梁空頂。

4.4 瓦斯防治技術(shù)

在長期的開采實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)綜采工作面的瓦斯安全治理問題直接關(guān)系到安全生產(chǎn)以及無煤柱采礦技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。在高瓦斯工作面（瓦斯涌出量超過5m3/min），工作面隅角處非常容易出現(xiàn)超限的問題。在實(shí)際的操作中，采用沿空留巷的無煤柱開采之后，工作面的瓦斯能夠有一部分通過配副巷進(jìn)入到總回風(fēng)巷，但是對于另外的一部分，要采用一定的設(shè)備使其能夠在采空區(qū)得到擴(kuò)散。同時，還需要加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測，杜絕高瓦斯工作面的瓦斯超限造成的各種安全隱患。

5 結(jié)語

無煤柱開采技術(shù)能夠有效的減少煤資源的浪費(fèi)，通過沿空留巷，能夠?qū)崿F(xiàn)綜采放頂煤開采過程中，在區(qū)段之間不再設(shè)置階段性煤柱，大大的提升了資源的利用效率。從伯方煤礦的實(shí)際應(yīng)用來看，該技術(shù)從技術(shù)層面上來看可行。從實(shí)際運(yùn)用效果來看，能夠提高資源利用效率，具有較高的可行性。

但是，在開采的過程中，還需要注意一些細(xì)節(jié)性的問題。比如，在工作面副巷進(jìn)行布置的同時，還需要將上一個共勉采取的沿空留巷采空區(qū)留下來，為下一個工作面回采的時候與沿空留巷和貫通，并且將其作為下一個回采面的回風(fēng)巷，促進(jìn)瓦斯的排放，從而有效的解決瓦斯的排放問題，提高安全生產(chǎn)能力。從實(shí)踐來看，這種方法具有較好的效果，值得推廣。

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