资源枯竭型矿井残留煤柱安全高效回收技术研究与应用

摘 要：为了提高煤炭采出率，延长资源枯竭型矿井的服务年限，针对百善煤矿现有巷道布置情况，研究设计残留煤柱的经济高效回收系统，提出了不规则残留煤柱综采提效和悬移支架炮采提产技术，安全高效回收残留煤150余万吨，创造了良好经济效益，为资源枯竭型矿井残留煤柱安全高效回采提供了宝贵的经验。

关键词：残留煤柱；高效；综采；悬移支架

引言

皖北煤电集团百善煤矿经过三十余年的高强度开采，资源储量已近枯竭，回采残余煤柱在一定程度上能提高煤炭的采出率，延长矿井的服务年限[1]。百善煤矿针对现有巷道布置情况，研究设计残留煤柱的经济高效回收系统和工作面过老巷的安全技术措施，满足了工作面安全稳定生产，节约成本，减少了资源浪费，为其他矿区开采煤柱提供了宝贵经验。

1 矿井剩余地质储量情况

2015年初，矿井剩余地质储量为469.6万吨，剩余可采储量为169.3万吨，东65采区目前剩余654煤柱5、东65煤柱两个工作面，北部系统采区目前剩余北大巷煤柱一个工作面，中央采区剩余工广煤柱1和工广煤柱2两个工作面。煤柱分布如图1所示。

2 衰老矿井煤柱回收问题分析

（1）技术方面：目前矿井已全面进入回收残余煤柱阶段，这就造成布置的工作面回采期间穿跨大巷、采区巷道、联巷绕道极为频繁，如采取综采工艺，考虑支架自重及初撑力较大，在老巷加固处理方式上存在难点；不规则煤柱存在开采期间减架、甩采等环节，需超前研究制定回采细节方案及措施，不然将严重制约推进度，影响产能提升；剩余孤岛煤柱周边均为老空区，且大多已成型巷道为无煤柱沿空施工，导致综采面组装、拆除硐室布置十分困难。

（2）安全方面：采用综采生产，导致生产接替、人员配置、采煤工艺、技术保障、设备维护等矿井主要运转环节上发生大幅度的变化，可能造成一定的安全隐患。

（3）设备配备及材料供应方面：综采支架和采煤机组设备陈旧且数量较少；由于回采巷道需要重新布置，导致巷道掘进量增加，支护材料和胶带输送机需求量增大；另外由于综采面的上马导致供电系统需更新配套，方可满足各综采面之间的运转及接替。

3 残留煤柱安全高效开采实践

经过生产规划方案技术经济比较后，对地质条件及系统条件较好、工作面走向较长和面长较稳定的北大巷煤柱、工广煤柱1、工广煤柱2三个工作面采用综采工艺；对地质和系统条件较差的654煤柱5、东65煤柱采用悬移支架炮采工艺。限于篇幅，本文仅对北大巷煤柱综采工艺和东65煤柱悬移支架炮采工艺进行阐述。

3.1 不规则残余煤柱综采提效

3.1.1 工作面概况

北大巷煤柱工作面位于北部集中皮带机巷、北部集中运道两翼，如图2所示。西侧靠近6812、6811、6810、689、688、687、686采空区；北侧靠近6410、64北部煤柱采空区；东侧靠近646、645、644、643、642、641采空区；南侧靠近68南翼煤柱、624采空区。该设计工作面走向长858～891m，倾斜宽83～139m。煤层平均煤厚2.7m，倾角4～14°，煤层底板赋存标高为-198.3～-153.2m，该区域煤厚变异系数为5%，煤层可采性指数为1。工作面设计可采面积97129m2，地质储量38.6万吨，可采储量36.7万吨。直接顶以灰～深灰色粉砂岩为主，厚4.1～7.6m，致密，均一，局部显水平微波状层理，大部分地段有一层厚约0.3m的煤线。工作面地质构造相对简单。

3.1.2 采煤方法及主要设备配备

工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化采煤方法，一次采全高，采用端头斜切进刀割三角煤的方式，往返一次进二刀。工作面布置98架ZZ4000-17/35型液压支架，采用MG160/390-WD型螺旋滚筒采煤机割煤，工作面SGZ-730/400型刮板运输机运煤。机巷采用一部SGB-630/150型刮板输送机、SZZ-730/160型转载机、SSJ-1000型胶带输送机和一部SGW-40T刮板输送机运煤。（1）采煤机割煤至工作面左端头时，依次拉架，并将刮板运输机推移至煤壁；（2）调换滚筒上下位置，反向牵引，通过弯曲段，然后自下而上推移输送机至平直状态；（3）再重新返刀割掉三角煤；（4）采煤机空机返回，进入正常割煤状态。

3.1.3 工作面缩减架

由于该煤柱工作面不规则，在工作面推进到风巷645、643段时，需要进行两次缩减支架施工，其中645段拆除23架、643段拆除16架。为确保施工安全，提前编制设计和安全技术措施，并组织专业队伍施工。

3.1.4 过老巷期间的安全管理

由于该工作面走向较长，面内垮冒老巷较多。工作面过老巷前要认真排查老巷层位，顶底板等安全状况，并制定专项措施。工作面揭露老巷时，要及时跟机拉超前架，并打开护帮板及时支护。揭露老巷后，加强该范围内的顶板支护，确保支架初撑力合格，支架间隙及侧护板错距符合质量标准，严禁出现歪架、挤架或支架超高使用[2]。

3.2 悬移支架炮采提产

3.2.1 工作面概况

东65煤柱工作面位于五采区北部，该工作面东部为6541、6542采空区，西部为六五皮带机巷下山，北部至6540机巷，南部为654煤柱5风巷。工作面设计走向长336m，倾斜宽137～197m。东65煤柱工作面煤层厚度3.0m左右；煤层倾角5～12°，平均煤层倾角9°。煤层呈黑色，半亮型，以碎块状为主，局部为粉状，性脆，具内生裂隙。煤厚变异系数12%，煤层可采性指数1。直接顶以浅灰～深灰色砂泥岩互层为主，具缓波状水平层理，厚6.2～8.8m，工作面地质构造相对简单。

3.2.2 回采工艺与设备

该工作面采用放炮采煤方法，一次采全高。工作面采取以悬移支架支护为主，液压单体支柱配合铰接顶梁支护为辅的支护形式。工作面爆破后，由人工将放落的煤装入刮板输送机，由刮板输送机运出，运输巷采用刮板输送机、带式输送机运煤。以液压单体配合金属铰接顶梁支护段作业工序：打眼装药爆破挂梁（临时支护）栽背帮柱出煤移车补正规柱回柱。以悬移支架支护段工序：打眼装药收回翻转梁爆破伸开翻转梁临时支护出煤提起四根立柱收回翻转梁移顶梁、立柱升起四根立柱伸开翻转梁护住煤帮移车移托梁清理工作面浮煤。工作面生产设备配置如表1所示。

3.2.3 超前巷道的围岩变形控制措施

采用金属锚架联合支护方式，如图3所示。该联合支护的一个重要的作用是将棚架作为锚杆索的托盘，让这个在主动支护中原本用于约束围岩变形的主承载结构（托盘）由被动支护的主体棚架来承担，实现了主动支护与被动支护充分结合，使得棚架同时兼备主动支护与被动支护两种形式的主体部分，达到支护效果的最佳体现。具体支护参数如下：金属工字钢棚架规格：11#工字钢，棚顶与棚腿搭接长度为100mm，连接处用卡勾卡住，棚排距650mm。锚杆规格：锚杆采用Φ18×2000mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，每根锚杆采用2卷K2350树脂药卷，底部锚杆距下端750mm，上部两排锚杆间距700mm。传载短梁规格：10#槽钢，长850mm，槽钢腹板紧贴棚腿，槽钢的腹板中心部位开设直径21mm的圆孔作为锚杆的穿孔；在槽钢两端各开设直径25mm的圆孔，距两端30mm，圆孔用于安装M20×90mm的螺栓，目的是防止工字钢变形失稳。单体支柱规格：采用DW31.5矿用单体液压支柱，单体支柱直接支护在工字钢棚架梁上，间距650mm，距离巷帮300mm。

4 效益分析

通过不断优化生产设计，及时对临近采空区、频繁过老峒以及回采过程中缩减支架、调斜回采等重点问题的分析总结，已安全高效回采残余煤150余万吨，创造了良好经济效益，延长了矿井的服务年限，创新实践了不规则残留煤柱综采提效和悬移支架炮采提产技术，为资源枯竭型矿井残留煤柱安全高效回采提供了宝贵的经验。

参考文献

[1]林伟，吴正海.百善煤矿残留煤柱安全高效回收技术研究与实践[J].能源技术与管理，2014，39（1）：82-83.

[2]张建堂，王坤，辛东京，等.衰老矿井提高资源回收率的技术研究[J].安徽科技，2014，4：49-50.

作者简介：吴正海（1981-），男，安徽安庆人，工程硕士，采矿工程师，现任皖北煤电集团百善煤矿生产技术科副科长，长期从事采煤生产与技术管理工作，十余篇。