張作禮

(山東亨達(dá)煤業(yè)有限公司，山東 寧陽 271405)

近年來，隨著當(dāng)前社會(huì)礦產(chǎn)資源的日益消耗和環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，很多大中型礦山的可采資源儲(chǔ)量加速消耗，特別是許多老礦山面臨資源枯竭的危機(jī)，對(duì)礦產(chǎn)資源的綜合利用日趨重要。同時(shí)隨著煤礦開采對(duì)于環(huán)境破壞的日益加重、煤炭開采安全事故頻發(fā)，一些小型煤礦逐步關(guān)閉，由此帶來的區(qū)域性煤炭資源結(jié)構(gòu)性短缺的矛盾逐步顯現(xiàn)。水淹區(qū)殘余煤量的回收一直是困擾在煤礦行業(yè)中的一道難題。殘余煤復(fù)采安全技術(shù)研究對(duì)資源枯竭的老礦井有著再生的作用并能夠帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。水淹區(qū)殘余煤問題越來越受到廣大地質(zhì)工作者的關(guān)注[1-4]。山東省菏澤的茅莊煤礦便是較早開展水淹區(qū)殘余煤開采技術(shù)研究應(yīng)用的礦山之一。為充分挖掘僅有的煤炭資源，進(jìn)一步延長礦井服務(wù)年限，茅莊煤礦自2007年起就對(duì)原三采區(qū)水淹區(qū)殘余煤的回收進(jìn)行了有益的研究和實(shí)踐[注]①山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，山東亨達(dá)煤業(yè)公司生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告，2008年。。

1 概況

茅莊煤礦處于寧陽煤田(東區(qū))中部地段，總體形態(tài)為一走向近EW的單斜構(gòu)造。主要含煤地層為早二疊世山西組和晚石炭世至早二疊世太原組，煤系和煤層沉積穩(wěn)定，為華北型含煤建造，礦區(qū)內(nèi)中小型斷層發(fā)育[1-4]。山西組和太原組總厚度約為220m。共含煤21層，其中山西組含煤5層(第1,2,3上,3下,4煤)，太原組含煤16層，(第5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15上，15下，16，17，18上，18下煤)，煤層平均總厚14.28m?？刹苫蚓植靠刹烧?層，即3上煤層、3下煤層，16煤層、17煤層，平均總厚度為9.52m。除3上煤層為厚煤層，3下煤層為中厚煤層外，其余均為薄煤層。該井田內(nèi)3上煤層、3下煤層為主采煤層。截至2007年底，礦井剩余地質(zhì)儲(chǔ)量1636.1萬t，可采儲(chǔ)量298.9萬t，礦井剩余服務(wù)年限13.8a。

復(fù)采三區(qū)為-200m水平的下山采區(qū)，井下標(biāo)高為-200～-270m，地面標(biāo)高為+66.24～+71.11m，該區(qū)采煤工藝為炮采，支護(hù)方式為金屬摩擦支柱，該區(qū)3煤厚5.5～6.0m，夾石厚度0～1m，根據(jù)煤層厚度，設(shè)計(jì)分一、二分層開采，一分層采用跟頂、底部造假頂開采，二分層開采中應(yīng)用跟底留頂煤工藝，由于突水，致使一部分二分層工作面沒有開采，加之受當(dāng)時(shí)回采工藝和技術(shù)力量所限，該區(qū)必然會(huì)遺留可供回收的煤量，區(qū)段煤柱、邊角煤柱、局部留頂?shù)酌憾际菑?fù)采的主要塊段。

2 影響復(fù)采的主要因素

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

三采區(qū)位于F13，F(xiàn)25與F41斷層之間，受其控制，致使采區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育密集。區(qū)內(nèi)以斷裂為主，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，落差大于10m的斷層有9條，其中落差大于50m斷層就有3條，落差為10～20m的斷層有5條，均為查明斷層，原采區(qū)內(nèi)經(jīng)實(shí)際揭露落差0～5m的斷層較發(fā)育，由此可見該采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，給開拓和回采帶來極大的困難。

2.2 水文地質(zhì)

該區(qū)水文地質(zhì)簡單，充水水源主要為采區(qū)底部斷層導(dǎo)水，水源為三灰水。經(jīng)估算采區(qū)積水面積為117128m2，積水量19.6萬m3，積水區(qū)標(biāo)高為-269.12～-200m，水頭值約為70m，動(dòng)水補(bǔ)給量約為14m3/h，是影響采區(qū)復(fù)采的主要因素。

3 復(fù)采方案

3.1 老空水的疏放

考慮到老空積水的水頭壓力較大，為確保該區(qū)的成功開采，決定采用追排水的方法，按照2個(gè)階段排放老空水：第一階段先由-200m標(biāo)高排放至-250m標(biāo)高；第二階段再由-250m標(biāo)高排放至-270m標(biāo)高。

3.1.1 探水三線的確定

第一線為警界線，第二線為探水線，第三線為積水線，以便引起高度重視。隨時(shí)觀察迎頭變化情況，發(fā)現(xiàn)出水征兆時(shí)，立即停止掘進(jìn)，匯報(bào)調(diào)度室，采取有效措施，根據(jù)已掌握資料，確定從積水線外推100m為警界線，外推40m為探水線，巷道進(jìn)入警界線要隨時(shí)觀察迎頭情況，發(fā)現(xiàn)異常情況，提前探水。

3.1.2 積水量的計(jì)算

(1)老空區(qū)積水量可由下式估算

W=K·M·Lh/sinx

式中：W—老空積水量(m3);x—煤層真傾角(°)；M—煤層實(shí)際開采厚度(m)；L—老空區(qū)走向長度(m)；h—老空區(qū)積水水頭高度(m)；K—老空充水系數(shù)(一般取0.3～0.5)。在這里，M=4.5m (回采兩層)；L=245m；h=70m；x=10°；K=0.4 ，取平均值代入上式

W1=0.4×4.5×245×70/sin10 =17.8萬m3

(2)掘進(jìn)巷道內(nèi)積水量

巷道長度3750m，寬度2.0m，高度2.0m。積水量W2=3750×2.0×2.0=1.5萬m3?？紤]到巷道年久失修、冒頂?shù)纫蛩?，巷道積水量按1.8萬m3。總積水量W=W1+W2=17.8+1.8 =19.6萬m3。

3.1.3 水壓的計(jì)算方法與鉆具選擇

積水區(qū)標(biāo)高-200.0～-269.12m，水頭高差70.0m，其水頭壓力為7個(gè)大氣壓。根據(jù)液體在同一深處向各個(gè)方向傳遞壓強(qiáng)相同的原理，為此透點(diǎn)的壓強(qiáng)應(yīng)為：

P=Qah=1000kg/m3×10牛/kg×70.0=700000牛/m2又因最小開孔鉆具為Φ42mm(用Φ42mm鉆頭與老空積水區(qū)鉆透)，其透點(diǎn)壓力為：

F=P·S=700000×(42÷2÷1000)2=308.7牛

通過計(jì)算，透點(diǎn)的壓力與透點(diǎn)的所需面積成正比，在施工中為加大安全系數(shù)，鉆孔在透老空積水區(qū)時(shí)，應(yīng)選擇Φ42mm鉆頭，鉆進(jìn)為最佳。

3.1.4 鉆孔布置

根據(jù)已查明資料，決定超前探水孔布置2組，即與巷道傾角一致，每一組鉆孔布置2個(gè)鉆孔，各孔之間夾角為30°，各鉆孔間終孔距離根據(jù)情況加以控制，超前距為20m，幫距亦為20m。

3.2 巷道布置

利用放水巷道作進(jìn)風(fēng)巷，同時(shí)可以施工回風(fēng)巷，但是必須保證放水巷道超前20m。

進(jìn)風(fēng)巷布置：在-270車場(chǎng)經(jīng)“十一”點(diǎn)前10m開門，方位265°坡度+1°30′掘進(jìn)220m，在此處放出老空積水；然后變方位為309°(改名稱為軌道上山)坡度+12°掘進(jìn)63m跟上3煤底板；變方位為356°，一直沿3煤底板掘進(jìn)200m至終點(diǎn)。

回風(fēng)巷布置：在進(jìn)風(fēng)巷265°方位20m處開門，方位為315°坡度+5°掘進(jìn)30m；然后變方位為265°坡度+4°掘進(jìn)240m攆3煤底板；變方位為356°(改名稱為回風(fēng)上山)一直沿3煤底板掘進(jìn)170m至終點(diǎn)。在終點(diǎn)施工一聯(lián)絡(luò)巷與進(jìn)風(fēng)巷連接形成系統(tǒng)。最后施工采區(qū)煤倉和變電所，設(shè)計(jì)煤倉凈高10m，直徑4m，容積130t。

3.3 先期掘進(jìn)與回采

巷道斷面大小以滿足通風(fēng)、運(yùn)輸及支護(hù)材料存放為基本條件。先期掘進(jìn)進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)巷，采用光面爆破，錨網(wǎng)噴支護(hù)，半圓拱斷面，巷道規(guī)格為2.2m×2.2m。掘進(jìn)軌道上山、回風(fēng)上山和采面回采巷道時(shí)，采用架棚支護(hù)，梯形斷面，巷道凈斷面3.9m2，凈高2.0m，巷道采用礦用11號(hào)礦用工字鋼支護(hù)。

工作面采用走向長壁后退式回采，懸移支架支護(hù)頂板，煤厚大于4.0m時(shí)，可以放頂煤開采，采高1.8～2.2m，落煤方式為放炮落煤，人工攉煤，可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)輸，全部垮落法管理頂板，底板松軟時(shí)，支柱必須穿鐵鞋。采用XDY-7型懸移支架，最大控制距3.01m，最小控頂距2.26m，架距1.2m，支護(hù)密度0.37架/m2，工作面端頭支護(hù)采用4對(duì)8架一梁三柱和DW22-30/100單體液壓支柱支護(hù)，一梁三柱為3.0m礦用11號(hào)“?！毙弯撝瞥?圖1)。

4 結(jié)論

殘余煤復(fù)采安全技術(shù)研究對(duì)資源枯竭的老礦井有著再生的作用并能夠帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。復(fù)采三區(qū)成功開采4年多的時(shí)間，共開采煤炭40余萬噸，在礦井接續(xù)極為緊張不利情況下充分回收了煤炭資源，進(jìn)一步延長了礦井服務(wù)年限。同時(shí)，獲得了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)資料，對(duì)類似條件礦山的煤炭資源回收將提供有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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圖1 工作面順槽及端頭支護(hù)布置示意圖

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