小煤柱開采在提高資源回收率中的應用探討

李世斌

1 采區(qū)回采率現(xiàn)狀

五礦采區(qū)回采率整體偏低，且各采區(qū)參差不齊，嚴重影響了資源回收和利用，浪費了煤炭資源。2012～2015年五礦各采區(qū)回采率見表1。

表1 2012至2015年1～9月份五礦采區(qū)

2 煤柱留設方案的選擇

工作面之間留設小煤柱是提高采區(qū)回采率行之有效的方法之一，推廣小煤柱開采勢在必行[1]。8407工作面為五礦首個小煤柱開采面。

2.1 8407工作面地質(zhì)條件

8407工作面地表位于南茹村南部，老東梁北部的山坡地帶，整體地勢為中部高、兩端低的中低山地形。水文地質(zhì)條件簡單，地表無積水和河流經(jīng)過，正常涌水量1.0 m3/h。

工作面開采15#煤層，煤層賦存穩(wěn)定，整體為東北高、西南低的單斜構(gòu)造，煤層厚度平均5.57 m，煤層傾角一般3°～12°，煤層傾角平均6°，受切巷及進風巷揭露的撓曲影響，最大傾角35°。煤層結(jié)構(gòu)復雜，一般含夾矸4～6層，容重1.42 t/m3。直接頂為灰黑色泥巖，性脆易碎，斷口參差狀，上部為砂質(zhì)泥巖，致密堅硬；老頂為灰色細粒砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，具緩波狀層理；直接底為灰色細砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)；老底為灰黑色砂質(zhì)泥巖，致密堅硬，斷口參差狀，含泥質(zhì)條帶。

2.2 煤柱留設方案選擇

（1）煤柱留設方案

方案一：采空側(cè)巷道留設20 m煤柱。

方案二：采空側(cè)巷道留設10 m煤柱。

（2）兩方案優(yōu)缺點比較：

方案一：

① 煤柱留設寬度大，資源損失量較大。

② 順槽位置處于已采工作面采動造成的應力集中區(qū)域，順槽受動壓影響，支護損壞嚴重，巷道維護工程量大，回采期間工作面機頭尾壓力大，維護困難，推進慢，影響工作面安全生產(chǎn)和單產(chǎn)水平的提升。

③ 由于五礦為高瓦斯礦井，構(gòu)造復雜、煤層松軟破碎，留設20 m煤柱有利于防止回采后煤柱受壓造成的與臨近回采工作面采空區(qū)導通帶來的瓦斯異常和煤層自燃隱患。

方案二：

① 煤柱尺寸小，資源回收量增加，損失量減少[2]。

② 順槽位置避開了采動應力集中區(qū)，巷道壓力較20 m煤柱小，巷道支護穩(wěn)定性提高，可適當降低巷道支護強度，減小成本壓力，回采工作面兩端頭易于維護，有利于安全生產(chǎn)和單產(chǎn)水平的提高。

③ 受地質(zhì)條件影響，煤柱縮小后，存在煤柱裂隙導通已采工作面采空區(qū)的隱患，需在順槽掘進期間采取封閉和封堵裂隙措施，回采期間需加強工作面通風監(jiān)測管理工作，防止煤柱導通造成的安全隱患。

經(jīng)過對兩種方案分析后，決定采用第二種方案留設10 m小煤柱。其優(yōu)點是支護強度符合小煤柱沿空掘巷要求、經(jīng)濟合理、支護成本較低，大大減少了施工強度，可充分利用勞動力，提高生產(chǎn)效率。

3 項目應用情況及經(jīng)濟效益

在一年多的試驗過程中，8407回風巷沿空掘進小煤柱經(jīng)歷了掘進考驗，錨索錨桿可以控制巷道頂幫，實測礦壓數(shù)據(jù)表明8407回風巷應用沿空小煤柱是成功的，所采用的支護設計是合理的，經(jīng)濟效益可達 2464.55萬元。

1）多采出了煤炭。過去工作面之間的保安煤柱20～40 m，平均25 m左右，而采用小煤柱保安煤柱降低為10 m，8407工作面則可多采出1177.1×10×5.57×1.42×87%＝80.998 kt，以每噸300元銷售價格計算，可增加收入2430萬元。

2）支護費用減少了。支護斷面不變，同樣采用錨索、錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護后，單位支護材料費用減少了293.54元/m，以8407回風巷走向長1177.1 m計算，支護費用降低34.55萬元。

3）提高了資源回收率[3]。8407工作面工業(yè)儲量1763.343 kt， 掘進出煤：1177.1×2×4.5×3.2×1.42=48.139 kt，巷 頂損失1177.1×2×4.5×（5.57-3.2））=35.653 kt，目前實際回采情況工作面回采率達84%左右，預計能采出量1481.208 kt。

（1）采用小煤柱之前，8409和8407工作面之間保安煤柱20 m，順槽煤柱總量為：

1177.1 ×20×5.57×1.42=186.203 kt， 使用小煤柱開采前采區(qū)回采率：

C1=（1481209+48139）/（1763343+186203+35653+48139）×100%=75.21%

（2）而采用小煤柱開采后，工作面之間保安煤柱為10 m， 順槽煤柱為：1177.1×10×5.57×1.42=93.102 kt。使用小煤柱開采后采區(qū)回采率：

C2=（1481209+48139）/（1763343+93102+35653+48139）×100%=78.82%

C2-C1=3.61%，采取小煤柱之后采區(qū)回采率提高3.61個百分點。

4 結(jié)語

小煤柱開采最大限度地保護國家煤炭資源，且是高瓦斯礦井消滅回采工作面爆炸事故的最好開采方法[4]。同時能最合理地減少回風道壓力，使巷道暢通無阻成為工作面名符其實的安全出口，還節(jié)約維修的人工和材料。8407工作面小煤柱在五礦的成功應用，為類似條件下采用小煤柱提供了寶貴的實踐經(jīng)驗，具有廣闊的推廣前景。

〔1〕李家春，李忠誠.加強礦井地質(zhì)工作提高資源回收率[J].煤炭技術，2001（10）：43-44.

〔2〕王 雷.淺談如何提高煤炭資源回采率技術[J].科技研究，2014（7）：166.

〔3〕申隨德.綜放回采率的計算及提高措施[J].機械管理開發(fā)，2016（5）：129-130.

〔4〕張健全.無煤柱、小煤柱開采防治回采工作面瓦斯爆炸[J].江西煤炭科技，2011（3）：20-21.