李 宇

(中煤資源發(fā)展集團(tuán)公司,北京市東城區(qū),100011)

楊澗煤礦巷柱式穿采區(qū)域資源復(fù)采技術(shù)研究

李 宇

(中煤資源發(fā)展集團(tuán)公司,北京市東城區(qū),100011)

楊澗煤礦412盤區(qū)9＃煤層的不同煤分層不同程度被小煤窯的巷柱式采煤方法穿采,礦井整合后決定復(fù)采這部分煤炭。采用理論分析、工程類比和現(xiàn)場實(shí)踐等方法,對資源復(fù)采區(qū)域的采煤方法、工作面布置方式、裝備配套、復(fù)采工作面空巷的探測方法進(jìn)行了研究,確定了復(fù)采區(qū)域首采工作面的層位和位置,制定了工作面掘進(jìn)和回采時(shí)空巷的探測技術(shù)參數(shù)。

巷柱式開采 復(fù)采 恒底布置 上行開采 空巷探測 楊澗煤礦 整合煤礦

資源整合的大部分礦井中都存在以前被小煤窯采用柱式開采破壞的煤炭資源,據(jù)統(tǒng)計(jì)柱式采煤法工作面煤炭資源回收率不足30%,尤其是厚煤層中回收率更低。這些小煤窯巷柱式采空區(qū)現(xiàn)大多整合到大礦開采,隨著礦井采煤裝備水平的提高、礦井大規(guī)模生產(chǎn)和煤炭資源逐漸枯竭等原因,大多數(shù)整合礦井均面臨要對柱式破壞區(qū)進(jìn)行復(fù)采的問題,因此研究巷柱式穿采區(qū)域厚煤層安全高效復(fù)采技術(shù)具有普遍意義。

1 工程概況

楊澗煤礦位于山西省朔州市境內(nèi),屬于資源整合礦井,主采煤層為4＃、9＃和11＃煤層,經(jīng)過60多年的小窯巷柱式穿采,現(xiàn)階段4＃煤層所剩儲(chǔ)量全部為巷柱式穿采區(qū)域,4＃煤層厚度平均4.8 m,巷柱式穿采厚度在4 m左右,初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)不具開采價(jià)值,難以布置正規(guī)綜采工作面開采,另外11＃煤層由于煤質(zhì)較差,現(xiàn)階段也不具有開采價(jià)值,為了保證礦井的可持續(xù)發(fā)展,現(xiàn)階段只有9＃煤層的412盤區(qū)資源可以進(jìn)行復(fù)采。

412盤區(qū)位于楊澗煤礦的西南部,東部為503運(yùn)輸大巷,南部為405下山,西部為412集中運(yùn)輸平巷,北部為101運(yùn)輸大巷,412盤區(qū)內(nèi)的9＃煤層分為9－1＃、9－2＃、9－3＃、9－4＃、9－5＃和9－6＃共6個(gè)分層,總厚度15 m左右,9＃煤層的直接頂為灰黑色泥巖,直接底為砂巖,各分層之間有夾矸以頁巖為主。據(jù)已有資料顯示9－1＃煤分層的大部分區(qū)域和9－5＃煤分層的部分區(qū)域已被巷柱式采煤法采空,如圖1所示。

圖1 412盤區(qū)9＃煤層部分分層采空情況

其中9－1＃煤分層被采高度在2 m左右,9－5＃煤分層被采高度在3 m左右。20世紀(jì)80年代9－5＃煤分層設(shè)計(jì)回采了5個(gè)巷柱式工作面,分別為1095301、1095302、1095303、1095304和 1095305工作面。

2 盤區(qū)巷柱式穿采方式

以前巷柱式穿采工作面布置可以簡化為如圖2所示(小煤窯穿采的工作面布置方式)。由巷柱式回采規(guī)程可知,9－1＃和9－5＃煤分層基本上都是采6 m煤柱,留設(shè)4 m煤柱,傾向兩工作面之間相繼錯(cuò)開3 m,從工作面開切眼處分別留設(shè)8 m和11 m的保護(hù)煤柱。工作面采高根據(jù)煤層厚度變化而不同,基本上都是開采煤層的厚度。

圖2 巷柱式穿采工作面開采示意圖

3 復(fù)采方案確定

3.1 不同開采方案比較

對于楊澗煤礦412盤區(qū)煤層賦存條件,如果采用沿9－6＃煤分層底板布置放頂煤一次采全高工作面,會(huì)存在如下問題:工作面穿采9－5＃煤層巷柱式采空區(qū)支架就不能和頂板接實(shí),頂板和支架穩(wěn)定性差,無法放煤;巷道如果揭穿空洞處會(huì)造成支護(hù)困難、漏風(fēng)嚴(yán)重、坑木消耗量大,維護(hù)費(fèi)用高;綜放采動(dòng)導(dǎo)水裂隙帶高,可能與上部4＃煤層老空區(qū)導(dǎo)通,工作面存在突水、竄入有害氣體等危險(xiǎn),需要對4＃、9－1＃煤層采空區(qū)積水、有害氣體進(jìn)行處理;放煤時(shí)9－5＃煤分層上部夾矸需采取弱化措施。因此本研究提出了分兩層恒底上行開采,即工作面沿9－6＃煤層底板布置5 m大采高綜采,回采9－5＃和9－6＃煤層,上分層垮落壓實(shí)穩(wěn)定后再采用放頂煤一次采全厚開采剩余煤層。

上分層能夠進(jìn)行恒底開采的條件是上分層煤巖體對下部采空區(qū)的充填不能雜亂無章,應(yīng)整層層疊下沉后并將下覆采空區(qū)填滿,如圖3所示。根據(jù)類似條件厚煤層上行分層開采的經(jīng)驗(yàn)及探測可知,下分層工作面開采2～3個(gè)月后上覆巖層運(yùn)動(dòng)基本達(dá)到平衡,6個(gè)月后再生頂板已基本形成。

圖3 恒底上行開采示意圖

3.2 復(fù)采工作面布置方式

根據(jù)楊澗煤礦412盤區(qū)9＃煤層相關(guān)地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)研,再借鑒國內(nèi)外類似條件下煤層復(fù)采的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),確定復(fù)采工作面布置方式,如圖4所示,圖4中帶圓圈實(shí)線表示保護(hù)煤柱線,虛線表示412盤區(qū)9－5＃煤分層中已有巷道,密集實(shí)線區(qū)域?yàn)?－5＃煤分層中巷柱式采空區(qū),實(shí)線表示設(shè)計(jì)工作面回采巷道。

圖4 工作面設(shè)計(jì)布置圖

為了盡可能提高煤炭回收率、降低運(yùn)輸成本和充分利用原有生產(chǎn)系統(tǒng),復(fù)采工作面沿9－6＃煤分層沿底板布置,共布置3個(gè)工作面,工作面推進(jìn)方向?yàn)槟媳狈较颉?096101工作面長度為120 m,推進(jìn)長389 m,1096102工作面長度120 m,推進(jìn)長430 m,1096103工作面長度120 m,推進(jìn)長465 m,3個(gè)工作面方位角都為43°。為保證101軌道大巷不受放頂煤回采工作面的影響,停采線位置設(shè)計(jì)在距101軌道大巷30 m處?；夭山犹骓樞?yàn)?096101工作面、1096102工作面、1096103工作面。

由于9－5＃煤分層已有五分之二區(qū)域被采空,被采空區(qū)域主要集中在盤區(qū)西部,盤區(qū)東部近二分之一區(qū)域中9－5＃煤分層沒有采空,為了保證工作面尤其是首采面的安全,將首采工作面布置在9－5＃煤分層的未被穿采區(qū),其余工作面依次布置,此種布置方式主要優(yōu)點(diǎn):

(1)不在9－5＃煤分層巷柱式采動(dòng)區(qū)域設(shè)計(jì)初采工作面,工作面安全系數(shù)高,支架接頂嚴(yán)實(shí),巷道漏風(fēng)少。

(2)避免了3個(gè)工作面都會(huì)揭露空洞的情況,當(dāng)9－5＃煤分層空洞對工作面影響較大造成整個(gè)工作面不能開采時(shí),可以部分回收沒有揭露9－5＃煤分層區(qū)域的煤層。

3.3 工作面設(shè)備配套

為了盡可能提高復(fù)采工作面的經(jīng)濟(jì)效益,充分利用楊澗煤礦現(xiàn)有設(shè)備,結(jié)合上述首采分層開采參數(shù)確定工作面配套設(shè)備,如表1所示。

表1 1096101工作面開采主要配套設(shè)備

4 巷柱式采空區(qū)探測方法

根據(jù)上述布置方式可知復(fù)采工作面開采過程中會(huì)受到9－1＃煤分層和9－5＃煤分層中的采空區(qū)影響,因此工作面開采之前有必要對上述兩個(gè)分層中的空巷(巷柱式采空區(qū))進(jìn)行探測。同時(shí)為了盡可能減小空巷探測與工作面準(zhǔn)備之間的干擾,分別在巷道掘進(jìn)期間和工作面回采期間采用超前探測的方法進(jìn)行探測。

4.1 掘進(jìn)期間的空巷探測

由于巷道掘進(jìn)期間巷道延深方向的空巷對掘進(jìn)影響較大,為了提高掘進(jìn)速度,掘進(jìn)期間只對巷道的正上方和正前方的區(qū)域進(jìn)行探測。沿巷道的延深方向每隔30 m布置一個(gè)鉆場探測點(diǎn),每個(gè)探測點(diǎn)的探測范圍為巷道正上方15 m、正下方4 m(煤層厚度15 m,首采工作面回采巷道沿9－5＃煤層頂板掘進(jìn))和巷道正前方50 m的范圍,重疊探測區(qū)域?yàn)?0 m。采用功率為11 k W的ZYJ400/130型架柱式鉆機(jī)鉆探測孔,探測孔半徑為32.5 mm。根據(jù)巷柱式采空區(qū)的特點(diǎn)確定相鄰兩個(gè)探測孔末端距離都不大于3 m,如圖5所示。

圖5 掘巷超前探測鉆孔設(shè)計(jì)

由于9＃煤層中的9－1＃煤分層大部分被采空, 9－5＃煤層部分被采空且和首采層位(9－5＃和9－6＃煤分層)處于同一層位,因此在實(shí)際探測過程中為了提高探測效率和節(jié)約探測成本,當(dāng)頂板上方的探測鉆孔遇見空巷即可停止鉆探。

4.2 回采期間的空巷探測

為了提高掘進(jìn)效率,巷道掘進(jìn)時(shí)只對巷道延深方向空巷進(jìn)行了探測,實(shí)際開采過程中開采區(qū)域?qū)嶓w煤中也會(huì)存在大量的空巷,為了確保工作面安全回采,有必要弄清楚實(shí)體煤中空巷的分布規(guī)律。

由于實(shí)體煤區(qū)域較大,嚴(yán)格按照控制鉆孔末端的距離來探測空巷,一方面會(huì)造成打鉆成本較高,另一方面打鉆和回采之間相互影響較大。因此首先采用電磁法對實(shí)體煤區(qū)域進(jìn)行地阻探測,劃分出地阻異常區(qū)和正常區(qū)域,然后對地阻異常區(qū)域嚴(yán)格采用限制鉆孔末端距離(不大于3 m)的方法來探測,對于地阻正常區(qū)域可以適當(dāng)加大末端孔的距離,一般加大的幅度為6～10 m左右。

同樣在實(shí)際探測過程中為了提高探測效率和節(jié)約探測成本,探測孔打到煤層的直接頂即可,如遇空巷即可停止,因此鉆孔的上方只有9－1＃煤分層一個(gè)層位的采空區(qū)。一般來說,在物探低阻區(qū)區(qū)域沿煤層的傾斜方向的垂直層位打2～3個(gè)鉆孔即可,上仰角度可為5°～12°或11°～30°;在物探高阻區(qū)域除了沿傾斜方向打探測孔外,還要與傾斜方向垂直剖面呈20°的范圍內(nèi)打2～3個(gè)鉆孔,垂直層位鉆孔角度3°～9°,傾斜層位鉆孔角度6°～11°。

復(fù)采工作面巷柱式采空區(qū)根據(jù)以上探測措施針對空洞、水、瓦斯等各種有害氣體進(jìn)行探測,發(fā)現(xiàn)安全隱患應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理,處理完全后再進(jìn)行下一步的工作,保證了復(fù)采工作面的安全高效回采。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)412盤區(qū)9＃煤層的特殊穿采和賦存特征,分析了兩種不同采煤方法的優(yōu)缺點(diǎn),確定了采用恒底上行開采方法可行。

(2)為了確保首采工作面安全性,首采工作面布置在9－5＃煤分層未被穿采區(qū),避免了3個(gè)工作面都會(huì)揭露空洞的情況,當(dāng)9－5＃煤分層空洞對工作面影響較大造成整個(gè)工作面不能開采時(shí),可以部分回收沒有揭露區(qū)域的煤層。

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Research on resource second mining technology for heading-and-stall extraction area in Yangjian Coal Mine

Li Yu
(China Coal Resources Development Group Co.,Ltd.,Dongcheng,Beijing 100011,China)

In Yangjian Coal Mine,different slicing of No.9 seam of 412 panel had been mined by heading-and-stall method of small coal mine in different degree,and the coals in No.9 seam would be mined secondly after mine integrated design.Using theoretical analysis,engineering analogy and field practice method,coal mining method,face layout form,matching equipment and detecting method of abandoned roadway in second mining face were studied,and slicing and location of the first mining face in second mining area and the detecting technical parameters of abandoned roadway when tunneling and stopping were determined.

heading-and-stall,second mining,face layout along same floor,ascending mining,abandoned roadway detecting,Yangjian Coal Mine,integrated coal mine

TD823

A

李宇(1985－),男,山西朔州人,碩士研究生,工程師,從事采煤方法與巖層控制方面的研究。

(責(zé)任編輯 張毅玲)

李宇.楊澗煤礦巷柱式穿采區(qū)域資源復(fù)采技術(shù)研究[J].中國煤炭,2017,43(1):60－63. Li Yu.Research on resource second mining technology for heading-and-stall extraction area in Yangjian Coal Mine[J].China Coal,2017,43(1):60－63.