文/陳西東 石龍飛

薄煤層寬巷掘進(jìn)矸石置換區(qū)段煤柱技術(shù)探析

文/陳西東 石龍飛

近年來，煤炭企業(yè)根據(jù)自身的特點(diǎn)推行了 “矸石充填”“綠色開采”等一系列工作措施，提高了煤炭資源回收率，改善了社會(huì)環(huán)境。山東八一煤電化有限公司根據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)意見精神，結(jié)合礦井自身工作實(shí)際情況，在薄煤層掘進(jìn)實(shí)施了寬巷掘進(jìn)、矸石回填技術(shù)，使用掘進(jìn)出矸置換區(qū)段煤柱，降低了煤層自然發(fā)火威脅，提高了煤炭回收率，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

一、礦井概況

八一公司始建于 1958年 8月，原為全水力化采煤礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為30萬噸/年，因多年的開采，煤炭資源已近枯竭。近些年來為了最大限度回收煤炭資源，穩(wěn)定礦區(qū)職工隊(duì)伍，礦井由水采改為旱采。目前主要進(jìn)行14、16薄煤層的開采和第3層煤復(fù)采。第十四層煤為礦井主采煤層，煤層平均厚度1.2m，煤層頂板為泥巖，平均厚3m，底板為泥巖，平均厚度8m左右。第十六層煤屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的不穩(wěn)定煤層，平均厚度0.8m。頂板為第十層灰?guī)r，厚度5.5m，堅(jiān)硬不易冒落，其底板為粘土巖，硬度較大，平均厚度2m。

二、矸石置換區(qū)段煤柱工藝方法

八一公司十四、十六層煤為薄煤層，回采工作面巷道為半煤巖巷道，高度為2.2～2.4m，寬度2.4～2.6 m，采用炮掘工藝，機(jī)械扒裝。原煤矸分打分裝，矸石運(yùn)出工作面，提升上井。為了實(shí)現(xiàn)矸石置換巷道煤柱，八一公司在薄煤層工作面按照正常生產(chǎn)要求掘進(jìn)巷道斷面的基礎(chǔ)上，再在巷道兩側(cè)沿煤層各掘出深度2～4m的煤層空間，巷道掘進(jìn)采取分掘分裝的方式，兩幫預(yù)掘出的煤體空間用巷道底部矸石進(jìn)行充填，沿充填帶每米支設(shè)一根立柱，掛上擋矸簾。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，必要時(shí)對(duì)充填的矸石帶進(jìn)行注漿，使其與煤層的頂板和底板接觸嚴(yán)實(shí)，在對(duì)巷道上（下）幫掘出面積進(jìn)行支撐的同時(shí)，隔離了采空區(qū)。該方法充分利用巷道兩側(cè)采出的煤體作為充填空間，實(shí)行煤矸置換。較適用于石灰?guī)r、砂巖等頂板，可在有效控制巷道圍巖變形的條件下，實(shí)現(xiàn)矸石置換煤炭，降低巷道掘進(jìn)成本。

按照工作面煤柱置換充填情況，可分為區(qū)段煤柱完全置換充填和部分煤柱置換充填兩種方式。

1．完全煤柱置換充填

根據(jù)煤層厚度和掘進(jìn)巷道斷面之間的關(guān)系，合理計(jì)算出工作面煤柱尺寸，通過對(duì)工作面順槽上下幫煤柱置換充填，實(shí)現(xiàn)煤柱完全置換。如圖1所示。

圖1

十六層煤厚度0.8m，掘進(jìn)巷道高度為2.0m，寬度為2.4m，若實(shí)現(xiàn)煤柱完全充填置換，計(jì)算上巖石破碎后的碎漲系數(shù)，則需向巷道一幫煤層掘進(jìn)約4.0m的充填空間。

該方案適合堅(jiān)硬不易冒落頂板及巷道壓力較小的情況下。其優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)段間煤柱的完全置換，煤炭資源回收率高；采空區(qū)不留設(shè)煤柱，不易引起采空區(qū)自燃發(fā)火。缺點(diǎn)為矸石起到支撐作用前，頂板已有一定程度的下沉，頂板較難管理；巷道容易產(chǎn)生漏風(fēng)；充填空間較深，矸石充填難度較大。

2．部分煤柱置換充填

根據(jù)煤層厚度和掘進(jìn)巷道斷面關(guān)系，計(jì)算上下工作面煤柱尺寸，使掘進(jìn)巷道矸石置換后，兩工作面之間仍留設(shè)一定的區(qū)段煤柱（一般為2～3m），實(shí)現(xiàn)部分煤柱置換。如圖2所示。

圖2

十四煤層厚度1.2米，掘進(jìn)巷道高度為2.0m，寬2.4m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。若實(shí)現(xiàn)部分煤柱充填置換，計(jì)算上巖石破碎后的碎漲系數(shù)，則需向巷道一幫煤層掘進(jìn)約2.0m的充填空間。

該方案適宜煤層頂板較完整及巷道壓力一般的情況下。優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)段煤柱的完全置換或部分置換，煤炭資源回收率較高；巷道充填一側(cè)留設(shè)一定寬度的煤柱（一般為2～3m），相比較而言頂板較易管理；矸石充填深度較淺，充填操作較為簡(jiǎn)單。但是，需要在采空區(qū)留設(shè)一定尺寸的煤柱，且煤層容易引起自然發(fā)火。

3.矸石充填的方法步驟

（1）根據(jù)煤層賦存情況及采用的矸石置換法，合理計(jì)算出采區(qū)區(qū)段之間的煤柱尺寸。

（2）按照設(shè)計(jì)斷面正常掘進(jìn)巷道，半煤巖巷道實(shí)施分打分裝，先掘進(jìn)頂部煤層部分。再掘進(jìn)巷道一側(cè)（不采煤一側(cè)）矸石充填空間，采用戴帽點(diǎn)柱對(duì)充填空間進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，點(diǎn)柱間排距均為1m。

（3）對(duì)半煤巖巷道底部矸石爆破后鏟車裝運(yùn)或人力裝運(yùn)到矸石充填空間，確保填充矸石和頂板接觸嚴(yán)實(shí)，并掛好擋矸簾，按照正常支護(hù)要求對(duì)掘進(jìn)巷道進(jìn)行支護(hù)管理。如圖3所示。

圖3

（4）在矸石充填空間上部每隔5m預(yù)留設(shè)注漿管路，對(duì)矸石充填帶進(jìn)行注漿固化處理，提高矸石帶支撐能力。

三、安全技術(shù)措施

1．在掘進(jìn)巷道開門點(diǎn)10m范圍內(nèi)加強(qiáng)三岔門管理，防止因頂板懸露面積過大造成冒頂，一般不進(jìn)行矸石充填處理。

2．掘進(jìn)迎頭及矸石充填空間由于空頂面積較大，掘進(jìn)后要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，矸石充填空間采用戴帽點(diǎn)柱（必要時(shí)加托板梁）臨時(shí)支護(hù)。

3．實(shí)施煤柱置換充填后，由于巷道圍巖頂板已有一定程度的下沉，部分圍巖受到破壞，因此掘進(jìn)巷道要及時(shí)支護(hù)，增加支護(hù)強(qiáng)度。

4．頂板松軟掘進(jìn)巷道實(shí)施矸石置換充填后，由于頂板下沉破碎，采用錨噴或錨網(wǎng)噴支護(hù)困難時(shí)，可考慮增設(shè)鋼棚支護(hù)。

5．采用區(qū)段煤柱矸石置換后，巷道周邊空隙大，漏風(fēng)較多，因此回填空間一定要填實(shí)充滿，并及時(shí)注漿處理，注漿拖后迎頭不大于15m，減少向采空區(qū)漏風(fēng)。

6．加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)管理，發(fā)現(xiàn)局部漏風(fēng)、瓦斯積聚、CO超限和巷道高溫點(diǎn)等問題要及時(shí)進(jìn)行處理。

7．對(duì)采區(qū)安全煤柱、隔水煤柱等要嚴(yán)格按照規(guī)定留設(shè)，嚴(yán)禁破壞。

四、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益

實(shí)施矸石置換區(qū)段煤柱技術(shù)是響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排，綠色開采”號(hào)召的積極舉措，是實(shí)施礦井矸石零排放的重要措施，對(duì)于提高礦井資源回收，減少矸石排放具有積極的意義。八一公司實(shí)施掘進(jìn)巷道矸石置換區(qū)段煤柱在增加原煤產(chǎn)量的同時(shí)，減少了采區(qū)矸石排放量和運(yùn)輸環(huán)節(jié)。一年掘進(jìn)半煤巖巷道2000m，置換煤炭8000多噸，增收320余萬元，其綜合經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。因此，矸石置換煤柱技術(shù)的成功實(shí)施對(duì)中小型礦井薄煤層的安全開采具有一定借鑒作用。

（作者單位：山東八一煤電化有限公司）

（責(zé)任編輯：周瓊）