劉劍 段軍 魯建國(guó)

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭 014010;2.內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

1 無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)現(xiàn)狀

無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)是合理開(kāi)發(fā)煤炭資源，有效提高煤炭資源回收率，同時(shí)能夠改善巷道維護(hù)狀況，降低巷道綜合掘進(jìn)率，有助于礦井安全生產(chǎn)和提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)先進(jìn)的煤炭開(kāi)采工藝。根據(jù)國(guó)內(nèi)外取得的成功經(jīng)驗(yàn)和良好效果，我國(guó)早已將無(wú)煤柱開(kāi)采護(hù)巷作為改善煤炭開(kāi)采工藝的一項(xiàng)技術(shù)政策。在常用的無(wú)煤柱護(hù)巷方法中，主要有沿空掘巷和沿空留巷兩種基本方式。

本次設(shè)計(jì)為烏海某礦下山煤柱回收，適合的無(wú)煤柱護(hù)巷方式為沿空掘巷。

根據(jù)礦井煤層賦存情況、相關(guān)地質(zhì)開(kāi)采技術(shù)條件及所采取的對(duì)應(yīng)技術(shù)措施不同，沿空掘巷可分為三種方式:

1)完全沿空掘巷。

這是沿空掘巷的典型方式，它是在上工作面運(yùn)輸平巷或回風(fēng)平巷由于對(duì)應(yīng)工作面開(kāi)采結(jié)束被廢棄后，采空區(qū)上覆巖層處于不平衡狀態(tài)，最終導(dǎo)致失穩(wěn)，慢慢向穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡，等待采空區(qū)上覆巖層運(yùn)移基本平穩(wěn)后，緊貼原來(lái)廢棄的巷道，在煤層邊緣的煤體內(nèi)重新掘巷，作為下區(qū)段工作面的運(yùn)輸平巷或回風(fēng)平巷。

2)留小煤墻沿空掘巷。

這是沿空掘巷的過(guò)渡類(lèi)型，其特點(diǎn)是巷道不緊貼上區(qū)段的采空區(qū)邊緣掘進(jìn)，而是在巷道與采空區(qū)之間留有1m～3m小煤墻。

3)保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳铩?/p>

這種方式實(shí)質(zhì)是沿空掘巷和沿空留巷的混合形式，其特點(diǎn)是上區(qū)段工作面采過(guò)之后，其運(yùn)輸平巷并不完全廢棄，而是用密集支柱和縱梁抬棚等將巷道靠煤體側(cè)的一半斷面維護(hù)下來(lái)，以后，經(jīng)過(guò)合理的滯后時(shí)間，再緊貼此保留部分?jǐn)嗝娴南锏乐匦戮蜻M(jìn)巷道。

三種沿空掘巷方式均適用于工作面區(qū)段煤柱的回收，完全沿空掘巷和保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳飪煞N方式新掘巷道緊靠采空區(qū)，漏風(fēng)率較大，采空區(qū)冒落矸石易竄入沿空巷道，采空區(qū)涌入巷道的瓦斯和積水較大;而留小煤墻沿空掘巷方式，小煤墻能起到擋矸和防止采空區(qū)積水進(jìn)入巷道的作用。

此外，在巷道兩側(cè)均為煤壁條件下掘進(jìn)巷道比一側(cè)為采空區(qū)條件下掘進(jìn)巷道更為方便，有利于提高巷道綜合掘進(jìn)效率和加快巷道掘進(jìn)速度。

2 5號(hào)煤層下山煤柱回收巷道布置

針對(duì)本礦井下山煤柱回收，設(shè)計(jì)采用留小煤墻沿空掘巷方式。即在采空區(qū)靠近煤壁一側(cè)各留設(shè)小煤墻，內(nèi)側(cè)各新掘一條巷道，分別作為運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，原下山作為輔助進(jìn)風(fēng)巷。

5號(hào)煤層下山煤柱寬185m，采空區(qū)靠煤壁一側(cè)各留設(shè)2m小煤墻，內(nèi)側(cè)沿煤層底板各掘一條4m×2.5m巷道，作為煤柱回收時(shí)的運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，順槽之間煤壁凈寬為173m，原5號(hào)煤層輔運(yùn)下山和5號(hào)煤層回風(fēng)下山作為輔助進(jìn)風(fēng)巷。5號(hào)煤層下山煤柱回收巷道布置見(jiàn)圖1。

3 5號(hào)煤層大巷煤柱回收方法

國(guó)內(nèi)多數(shù)大型煤礦的井田邊角煤和大巷煤柱回采過(guò)程中，成功的回收方法有綜采和旺格維利采煤法。

綜采在回收寬度80m以上煤柱時(shí)有較大優(yōu)勢(shì)，具有工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、回收率高等優(yōu)點(diǎn)。

旺格維利采煤法適用于邊角煤回收，回收率較低。

5號(hào)煤層位于二疊系下統(tǒng)山西組第二巖段中部，煤層自然厚度0m ～1.40m，平均0.89m，可采區(qū)儲(chǔ)量利用厚度0.70m ～1.40m，平均0.88m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不含夾矸，局部含一層夾矸，夾矸巖性為深灰～黑灰色泥巖或炭質(zhì)泥巖。頂板巖性為深灰色泥巖或砂質(zhì)泥巖，底板巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖或炭質(zhì)泥巖，基本為全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層。

5號(hào)煤層采用刨煤機(jī)機(jī)械化采煤方法，該方法為目前薄煤層普遍采用的采煤方法。

5號(hào)煤層大巷煤柱回收設(shè)計(jì)考慮采用刨煤機(jī)機(jī)械化采煤方法。刨煤機(jī)割煤工藝:傳統(tǒng)的刨煤方式是采用機(jī)頭、機(jī)尾雙向切入進(jìn)刀，刨頭每次停止和反向運(yùn)行時(shí)，在減速反向和加速的過(guò)程中都會(huì)增加生產(chǎn)損失時(shí)間，如果回采工作面長(zhǎng)度比較短，這種生產(chǎn)損失時(shí)間相對(duì)就會(huì)更突出，為了減少刨煤機(jī)端頭運(yùn)行時(shí)間，完全可以不采用雙切進(jìn)刀，而采用增加兩頭刨深的“Z”字形刨煤方式。假設(shè)設(shè)定機(jī)頭、機(jī)尾雙切二次返回點(diǎn)到機(jī)頭、機(jī)尾的刨深值為Z，中間地段刨深上行值設(shè)為Y，下行刨深值設(shè)為X，那么端頭區(qū)段的刨深值為Z=X+Y，這樣就解決了端頭刨煤?jiǎn)栴}，提高工作面生產(chǎn)效率。

后退式回采，全部垮落法管理頂板。

4 下山煤柱回收率

5號(hào)煤層平均厚度0.89m，順槽沿煤層底板布置，順槽斷面為4m×2.5m。5號(hào)煤層下山回收率按下式計(jì)算:

其中，C5為5號(hào)煤層下山煤柱回采率;Lc為回采工作面長(zhǎng)度，173m;Cg為回采工作面回采率，97%;Ls為順槽寬度，4m;Cs為順槽回采率，100%;185為5號(hào)煤層下山煤柱寬度，m。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本礦井下山煤柱回收，設(shè)計(jì)采用留小煤墻沿空掘巷方式，煤柱回收率達(dá)到了95%，提高了資源回收率，礦井經(jīng)濟(jì)效益顯著。