摘要:文章根據(jù)衰老礦井的實(shí)際,分析了殘煤開(kāi)采的適用條件,提出了殘煤開(kāi)采中合理布置巷道的方案。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)行改造與延深,以提高資源回收。在巷道布置和采煤方法的選擇上,應(yīng)本著殘煤不殘采的原則,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)上創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:殘煤開(kāi)采;巷道布置;防火;頂板

中圖分類(lèi)號(hào):TD822文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0170-02

西安煤礦是20世紀(jì)50年代投產(chǎn)的老礦井,原設(shè)計(jì)井田開(kāi)拓方式為立井階段石門(mén),開(kāi)采范圍走向長(zhǎng)3.7km,寬1.0km,面積為3.7km2,開(kāi)采標(biāo)高-65～-390m水平之間,可采煤層有兩層,上煤厚6～8m,下煤厚16～20m,自燃發(fā)火期為3～6個(gè)月,設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為90萬(wàn)噸/年。立井報(bào)廢后改為斜井片盤(pán)分區(qū)石門(mén)開(kāi)拓。到“十五”末期,已經(jīng)全部進(jìn)入殘采和復(fù)采階段。

一、殘煤賦存特征

所謂殘煤是指生產(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(xiāo)、報(bào)損及表外儲(chǔ)量。一般為井田煤柱,區(qū)間(階段)煤柱,落后采煤法的損失量,丟失的頂?shù)酌?遺棄薄、劣煤以及零星塊段等。

1.煤柱。(1)區(qū)間(階段)煤柱及大小絞車(chē)道煤柱,這一類(lèi)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%;(2)因?yàn)?zāi)害事故而留設(shè)的隔離煤柱,如火、瓦斯事故;以及因著火而沒(méi)有開(kāi)采的區(qū)域;(3)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20～30m。

2.浮煤:重點(diǎn)是落后采煤法的采區(qū),由于在落煤過(guò)程中被頂板巖石冒落所覆蓋,因此遺留了大量浮煤。

3.底煤:主要是落后采煤法在掘進(jìn)期間沒(méi)有沿煤層底板送道,造成開(kāi)采中丟底煤。而且由于采優(yōu)棄劣,個(gè)別井區(qū)的小槽煤及煤層底板附近1.5～2.0m的劣煤亦往往遺棄不采,丟失大量資源。

4.地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)段,由于受斷層切割褶曲影響,往往丟失大量煤柱或頂、底煤。

二、采煤方法

由于殘煤煤體不連續(xù)、疏松易冒的特點(diǎn),以及瓦斯含量相對(duì)減少的實(shí)際情況,以利于頂板管理,利于消防火和瓦斯管理出發(fā),經(jīng)多年開(kāi)采實(shí)踐,逐步形成了按煤層厚度、傾角分類(lèi)的幾種采煤方法:

1.煤層傾角小于25°,煤層厚度大于6.0m,選用單一長(zhǎng)壁全陷扒頂煤采法(單扒)開(kāi)采。此采法為負(fù)壓通風(fēng),由于傾角小于25°,支架穩(wěn)定性易于實(shí)現(xiàn)。煤層厚度大于6.0m,使工作面頂板易維護(hù),避免掘進(jìn)準(zhǔn)備過(guò)程中的冒頂而影響回采。

2.煤層傾角大于25°小于40°的不連續(xù)殘煤,選用巷柱采法開(kāi)采。此時(shí),煤層可沿人工槽自滑。這種傾斜,使瓦斯多積聚在采空區(qū)的高頂處,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(kāi)采條件具備時(shí),可選用綜采放頂煤技術(shù)。

3.煤層傾角大于45°,煤層厚度大于8.0m的殘煤,用小段高(一般10m)、單扒采法開(kāi)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3～5倍。頂板厚度小,頂板留不住,提前來(lái)矸;頂煤厚度大,推進(jìn)速度慢,頂煤下不來(lái)或“蓋被”,留下了發(fā)火隱患。

4.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,也可采用巷柱采法開(kāi)采。這時(shí),如布置單扒面,工作面易淌煤矸,頂板很難管理。因此,快采快挑優(yōu)越性明顯。

5.對(duì)于煤層傾角大于45°,煤層厚度4～6m的原始?jí)K段或連續(xù)煤體,用巷道長(zhǎng)壁法(巷道法)開(kāi)采。巷道長(zhǎng)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(wú)瓦斯積存。因此,采用巷長(zhǎng)采法,可連續(xù)推進(jìn),提高回收率,減少回采巷道。

6.煤體較穩(wěn)定,淺部開(kāi)采保護(hù)地表建筑物,部分采區(qū)亦采用金屬網(wǎng)假頂分層或水砂充填常規(guī)采法,正常管理。

三、巷道布置

殘煤巷道布置應(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。根據(jù)本礦實(shí)際情況,應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:

1.主要巷道應(yīng)盡量利用原有巷道,區(qū)內(nèi)共用巷道應(yīng)盡量開(kāi)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(wàn)噸。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(kāi)鑿在小槽煤中,即可防止采區(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(kāi)采前后可能多次送道,逐一開(kāi)采,有時(shí)使掘進(jìn)率增大,但送煤巷本身也彌補(bǔ)了上述不足。

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(zhǎng)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。

本礦殘煤布置方式有以下幾種類(lèi)型:(1)回收較大煤柱時(shí),如階段煤柱和留設(shè)大的區(qū)間煤柱,一般沿采跡(急傾斜沿頂?shù)装?布置,既回收了煤炭資源,又使巷道處于免壓帶;(2)回收尺寸小和儲(chǔ)量少的煤柱,如小階段煤柱,將上、下順槽布置在煤柱上下的采跡內(nèi),將煤柱全部采出;(3)回收水砂充填區(qū)內(nèi)殘煤時(shí),為防止掉底、保證支架穩(wěn)定性,常沿煤層底板布置、沿砂面掘進(jìn)。如底板往上已用水砂充填采過(guò)幾個(gè)分層,則沿砂面上限標(biāo)高降低2.0m布置,沿砂面掘進(jìn);(4)水砂充填區(qū)丟底的殘煤,利用小槽煤布置的采區(qū)一同采出;(5)巷長(zhǎng)、巷柱采法煤層較大時(shí),橫川應(yīng)交錯(cuò)沿頂、底板布置,送在煤層內(nèi),以利于提高回采率。

3.應(yīng)有利于通風(fēng)管理、防止發(fā)火。殘煤區(qū)應(yīng)布置有邊界道,傾角大的煤層,最上兩個(gè)橫川應(yīng)分別沿頂?shù)装邋e(cuò)開(kāi)布置,以便為風(fēng)門(mén)安設(shè)創(chuàng)造條件。

殘煤巷道布置應(yīng)本著“掘、滅、采”的原則,區(qū)內(nèi)巷道應(yīng)力求揭露原舊巷、高溫和火點(diǎn),使之在準(zhǔn)備期間得到預(yù)先處理。

殘煤發(fā)火特點(diǎn)是層間殘煤最易發(fā)火,區(qū)內(nèi)煤柱次之。

應(yīng)依據(jù)上述不同情況,確定采區(qū)尺寸及隔絕長(zhǎng)度。但殘煤區(qū)布置均應(yīng)以小尺寸為宜。殘煤煤柱區(qū),斜長(zhǎng)應(yīng)小于50m,走向長(zhǎng)度小于100～120m;區(qū)內(nèi)殘煤復(fù)采,斜長(zhǎng)應(yīng)小于20m,走向長(zhǎng)度小于50m;殘煤緩傾斜面長(zhǎng)小于20m,急斜段高小于10m,可考慮取消小階段煤柱。因?yàn)槊娑?段高小于10m的)推進(jìn)速度快,上段既使局部有高溫,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)厚度大于6m、段高大于20m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。

四、殘采技術(shù)管理

殘煤開(kāi)采,不安全因素較多,主要表現(xiàn)在:

1.由于開(kāi)采過(guò)程中既開(kāi)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.殘采回采率40%～50%,區(qū)內(nèi)丟煤多,給煤炭自燃發(fā)火創(chuàng)造了條件。

4.殘采兩帶高度大、影響范圍大,易受積水威脅;淺部殘采,呈現(xiàn)抽冒,對(duì)地表破壞大,也直接受地表水威脅。

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、消防火和頂板應(yīng)采取相應(yīng)措施加強(qiáng)管理。殘采區(qū)必須構(gòu)成獨(dú)立負(fù)壓通風(fēng),通風(fēng)構(gòu)筑物必須齊全。巷長(zhǎng)、巷柱采法應(yīng)保持三條切割,一條開(kāi)采,一條運(yùn)料行人,一條開(kāi)鑿。隨切割透回風(fēng)道后,應(yīng)及時(shí)落嚴(yán)。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(kāi)幫,以防高頂瓦斯積聚,采過(guò)后要及時(shí)落嚴(yán);機(jī)電設(shè)備要杜絕失爆。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(kāi)采前系統(tǒng)要健全,封閉材料應(yīng)運(yùn)至區(qū)內(nèi)。開(kāi)采后,要加強(qiáng)老塘及風(fēng)道后尾巷CO的檢查。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)行改造與延深,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)本著殘煤不殘采的原則,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)上創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介:郭金明(1955-),男,吉林遼源人,遼源礦業(yè)集團(tuán)西安煤業(yè)公司太平井工程師,研究方向:采煤。