趙治宇

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 晉華宮煤礦，山西 大同 037016）

1 概述

煤礦開采的開采工藝主要包括長(zhǎng)壁式開采工藝以及短壁式開采工藝。我國(guó)以及歐洲等國(guó)多應(yīng)用長(zhǎng)壁式開采工藝，而非洲以及美洲等一些國(guó)家在煤礦開采中多是應(yīng)用房式短壁開采工藝。相對(duì)而言，房式短壁開采工藝的應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，尤其是美國(guó)其應(yīng)用更為普遍[1]。上世紀(jì)中期我國(guó)煤礦開采過(guò)程中房式短壁采煤工藝的應(yīng)用也相對(duì)較多，在上世紀(jì)70年代左右，長(zhǎng)壁式開采機(jī)械化開采工藝的應(yīng)用逐漸得以推廣[2]。不過(guò)，現(xiàn)階段依舊有很多規(guī)模相對(duì)較小的煤礦依然采用的是房式短壁采煤工藝，其開采效率相對(duì)較低，而且煤炭的回收率也不高，而這些煤礦由于資金不足、開采條件較差等種種原因很難采用長(zhǎng)壁式機(jī)械化開采工藝，這樣將導(dǎo)致煤礦資源浪費(fèi)，無(wú)法得以有效利用。所以，針對(duì)這些煤礦存在的開采效率不高以及煤炭回收率偏低等問(wèn)題加以研究，同樣是現(xiàn)階段煤炭行業(yè)需要重視的問(wèn)題[3]。

2 晉華宮礦開采中的問(wèn)題

晉華宮礦屬于小型煤礦，不適宜采用長(zhǎng)壁式機(jī)械化開采工藝，因此，煤礦在開采過(guò)程中引進(jìn)了房式采煤工藝，但是在開采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該種開采工藝的回采率不足50%，存在相對(duì)大的資源浪費(fèi)問(wèn)題。為此，晉華宮礦技術(shù)人員在房式開采工藝的技術(shù)上提出了采用切塊式開采工藝，對(duì)煤柱加以回收，確保資源得以有效利用。所采用的回收方式是在大煤柱之中以“十字”的方式進(jìn)行回收，此次工作面的回收率可以增加到53%左右，不過(guò)在采空區(qū)域之中依舊存在很多煤柱，使得資源浪費(fèi)現(xiàn)象還較為嚴(yán)重。隨后，晉華宮礦又引進(jìn)了新型房柱式短壁采煤工藝，其主要特點(diǎn)是在煤房間留置尺寸為15×100 m左右的大煤柱，再采取留置煤皮方式對(duì)頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，依次完成煤柱的回收工作。采用此種工藝之后，使得工作面回收率提高至66%左右，不過(guò)此種方法依舊未能徹底的解決煤柱回收問(wèn)題，同時(shí)也未能有效解決頂板管理問(wèn)題。目前，晉華宮礦再次對(duì)房柱式短壁開采工藝進(jìn)行改進(jìn)，利用履帶行走式液壓支架對(duì)采煤機(jī)設(shè)備加以掩護(hù)，開展煤柱回收工作，使得工作面的回收率達(dá)到了85%左右，而且，采用此種煤柱回收方法，采空區(qū)域殘留的一些煤柱不能支撐頂板結(jié)構(gòu)，直接頂結(jié)構(gòu)將會(huì)自行的發(fā)生冒落，從而有效的解決了大面積頂板懸空問(wèn)題。

3 晉華宮礦房柱式開采工藝

3.1 開采系統(tǒng)

圖1 晉華宮礦工作面巷道布置

晉華宮礦工作面巷道布置見圖1，其中順槽包含有三條平巷，中間的平巷是膠帶機(jī)巷，兩邊平巷時(shí)輔助運(yùn)輸巷，一側(cè)是回風(fēng)巷，一側(cè)是進(jìn)風(fēng)巷，不同順槽間中心距離值是17.5 m，聯(lián)絡(luò)巷道中心距離值是22.5 m，順槽煤柱具體尺寸為15 m×20 m。此工作面的寬度值為270 m，順槽結(jié)構(gòu)把工作面劃分成為左右兩個(gè)部分，兩部分的寬度值都是110 m。煤房從聯(lián)絡(luò)巷位置設(shè)置于兩邊區(qū)域，煤房間煤柱的寬度值是20 m，煤柱的具體尺寸為20 m×110 m。順槽以及煤房結(jié)構(gòu)都是矩形形狀，其寬度值是5 m，高度值與煤層厚度一致。巷道支護(hù)和煤房支護(hù)均采用錨桿支護(hù)，錨桿之間間排距離為1000mm×1000mm，錨桿直徑為Φ16mm，錨桿長(zhǎng)度值L為1600mm。

3.2 開采順序

回采順序是右半部分采用前進(jìn)式開采方式，也就是隨掘隨采，而左半部分采用后退式開采方式。

3.3 煤柱回收工藝

在一側(cè)位置的煤房掘進(jìn)達(dá)到了相應(yīng)位置以后(晉華宮礦設(shè)置為100 m)，便對(duì)煤柱進(jìn)行回收作業(yè)。對(duì)于位于端頭部位的煤柱來(lái)說(shuō)，進(jìn)行回收作業(yè)時(shí)采用放射方式進(jìn)行回收作業(yè)，也就是分為右、中、左不同的方向進(jìn)行進(jìn)刀。兩側(cè)位置的進(jìn)刀深度大約在12 m左右，中間位置的進(jìn)刀深度大約在10 m左右。對(duì)于面積較大的煤柱進(jìn)行回收時(shí)多是采取的雙翼進(jìn)刀工藝進(jìn)行回收，進(jìn)刀的寬度值約為3.3 m左右，單側(cè)的進(jìn)刀深度值約為12 m左右，斜切的角度值為45°～60°之間。若是沒有履帶行走支架的情況下，煤柱回收的具體方法見圖2。采煤設(shè)備收回一刀均需要留置大約1 m左右的煤皮，以有效的起到支撐頂板作用，此時(shí)工作面的回收率能夠達(dá)到64.87%。若是有履帶行走支架的情況下，采煤設(shè)備收回一刀則履帶行走支架也隨之向前移動(dòng)，對(duì)空頂位置進(jìn)行有效支護(hù)，支架結(jié)構(gòu)中的頂梁結(jié)構(gòu)和采煤設(shè)備突出部件之間距離值保持在0.5 m之內(nèi)，此時(shí)工作面的回收率能夠達(dá)到83.16%，具體的回收方法見圖3。

圖2 無(wú)履帶行走支架情況下煤柱回收的具體方法

圖3 有履帶行走支架情況下煤柱回收的具體方法

3.4 頂板管理

（1）若是在沒有履帶行走支架裝置的情況下，不管是采用單翼方式對(duì)煤柱進(jìn)行回收作業(yè)，或者是采用雙翼的方式對(duì)煤柱進(jìn)行回收作業(yè)，在采空區(qū)域之中均應(yīng)當(dāng)留置規(guī)則的煤柱結(jié)構(gòu)，以對(duì)頂板進(jìn)行支撐，留置的煤柱寬度值大約為1m左右，這些煤柱為不安全煤柱，不過(guò)因?yàn)槊褐植枷鄬?duì)均勻且密集，使得頂板發(fā)生冒落的時(shí)間有所滯后，從而確保煤柱回收工作的安全性。

（2）若是有履帶行走支架裝置的情況下，在采空區(qū)域之中，所遺留的煤柱除了一些死角位置無(wú)法得以回收之外，絕大多數(shù)煤柱均能夠得以有效回收，而且遺留下來(lái)的殘余煤柱也無(wú)法支撐頂板結(jié)構(gòu)，所以直接頂結(jié)構(gòu)會(huì)隨著回采的不斷進(jìn)行而發(fā)生冒落，此時(shí)可以采用全部垮落方式對(duì)頂板進(jìn)行有效管理。

3.5 通風(fēng)工藝

位于左側(cè)部位的1號(hào)順槽以及位于中間部位的2號(hào)順槽可以同時(shí)作為進(jìn)風(fēng)巷，而位于右側(cè)部位的3號(hào)順槽則能夠同時(shí)作為回風(fēng)巷。將2號(hào)順槽和3號(hào)順槽間封閉處理，使得工作面構(gòu)成一個(gè)完整的通風(fēng)系統(tǒng)。在進(jìn)行煤柱的回采作業(yè)時(shí)，利用全負(fù)壓通風(fēng)的方式進(jìn)行通風(fēng)，回風(fēng)風(fēng)流則經(jīng)過(guò)最近的煤房巷道而匯至3號(hào)回風(fēng)順槽之中，而完成回采煤房則應(yīng)當(dāng)及時(shí)的加以封閉處理。

4 房柱式采煤工藝和塊切式采煤工藝對(duì)比分析

采用房柱式采煤工藝開采的范圍相對(duì)較大，而且能夠確保煤柱的回采率更高，使得工作面的產(chǎn)煤量能夠進(jìn)一步增加。而且，采用房柱式采煤工藝之后噸煤成本將進(jìn)一步減少，在開采過(guò)程中通風(fēng)結(jié)構(gòu)數(shù)量相對(duì)少，更易有效的控制風(fēng)速大小。房柱式采煤工藝和切塊式采煤工藝對(duì)比情況見表1。

表1 房柱式采煤工藝和快切式采煤工藝對(duì)比

萬(wàn)噸煤巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度 350 m左右 650 m左右全員工效 30 t/工·日左右 11t/工·日左右回采率大小 66%左右 50%左右每噸煤平均開采成本較切塊式采煤工藝節(jié)省8元左右 /巷道管理工作僅僅順槽結(jié)構(gòu)要求維護(hù)，煤房的維護(hù)一般都不會(huì)超過(guò)3d 巷道以及煤房均要維護(hù)頂板維護(hù)工作在交岔口位置僅僅抹一個(gè)角，這樣將會(huì)更加的有利頂板控制工作，采硐的寬度值只有3.3m左右，很少出現(xiàn)冒頂問(wèn)題。并且能夠利用履帶行走支架輔助回采作業(yè)，能夠通過(guò)完全垮落方法完成頂板管理工作交岔口為雙抹角，而且控頂?shù)拿娣e相對(duì)較大，這樣對(duì)于頂板的有效控制會(huì)造成不利影響。采硐的寬度值為5m左右，經(jīng)常出現(xiàn)冒頂問(wèn)題。在采空區(qū)域支撐頂板結(jié)構(gòu)時(shí)，需要留置相對(duì)大尺寸的支撐煤柱

5 房柱式采煤工藝的推廣應(yīng)用前景

晉華宮礦在房式采煤工藝的基礎(chǔ)上改進(jìn)了具體工藝，在經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)達(dá)8年的研究與實(shí)踐之后，逐漸形成了一套更加適宜小型煤礦開采應(yīng)用的房柱式采煤工藝，這和長(zhǎng)壁式機(jī)械采煤工藝形成了有效互補(bǔ)。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出，在滿足下列條件的煤礦開采中可以應(yīng)用房柱式采煤工藝。

（1）不適宜采用綜采工藝的一些傾角較小中厚煤層條件；

（2）淺部煤層或者是擁有平硐掘進(jìn)條件的一些小型煤礦；

（3）在一些采用綜采工藝煤礦中所遺留的邊角區(qū)域，或者是一些不適宜采用綜采采煤工藝的斷層分割區(qū)域；

（4）要進(jìn)行有效保護(hù)的“三下”開采范圍。

〔1〕張連鵬.煤礦短壁采煤方法探討[J].黑龍江科技信息，2017（4）：143.

〔2〕朗國(guó)成.煤礦連采機(jī)應(yīng)用及前景分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（3）：67.

〔3〕張懷中.房柱式采煤法在井下采煤的運(yùn)用[J].中外企業(yè)家,2015（30）：189.