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1、衰老矿井残采煤柱的开采技术研究摘要：衰老矿井边角煤柱的回收是延长矿井开采服务年限的重要途径之一，*煤矿对边角煤柱的回收进行了开采尝试，本文根据煤柱赋存的实际情况，对煤柱工作面进行科学分类，优化设计，合理确定回采工艺，重点论述了不同的采场采取不同的采煤方法，煤柱回采期间事故处理方法与顶板、通防等灾害的防治措施，并取得了良好的效果，对其他类似煤柱的开采具有一定的借鉴作用。关键词：衰老矿井、边角煤柱、开采技术衰老矿井的资源枯竭和矿井采煤工作面布置困难，一直是困扰矿井发展的一大难题。如何解决此项难题，使煤炭企业走出困境，使许多资源枯竭、地质条件复杂、原来开采工艺技术落后等矿井必须认真面对的问题。我们*
2、煤矿在多年分析、研究和实践基础上，形成了一条独特的老煤矿资源回收的发展模式。1、矿井概况济宁市*煤矿（以下简称*煤矿）位于山东省微山县欢城镇*管区。矿井始建于1975年10月，1982年9月建成投产，1991年进行了改扩建，设计生产能力30万吨/年， 2012年矿井生产能力核定36万吨/年。矿井采用立井单水平分区式开拓方式，-140m大巷为主要开拓水平大巷，主采煤层为3上、3下两个煤层，采煤方法为缓倾斜厚煤层走向长壁倾斜分层下行采煤方法，回采工艺为炮采。1.1煤层的顶底板岩性（如图1）图1 煤层综合柱状图1.1.1 3上煤层直接顶板多为泥岩、炭质泥岩及砂泥岩互层，底板多为泥岩、炭质泥岩；1.1
3、.2 3下煤层3下煤层顶板多为泥岩、炭质泥岩，底板主要为泥岩。1.2主采煤层的厚度1.2.1 3上煤层采用厚度3.00-5.80m平均4.4m，偶含一层炭质泥岩夹石，煤层结构简单，本煤层为稳定型简单结构可采厚煤层。1.2.2 3下煤层采用厚度1.2-4.2m，平均3.75m，偶含一层泥岩、炭质泥岩夹石、煤层结构简单，为稳定型简单结构可采厚煤层。1.3瓦斯矿井为低瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量为：0.58m/min，相对涌出量为0.38 m/t，二氧化碳绝对涌出量为2.3 m/min，相对涌出量为1.500.38 m/t，根据瓦斯等级鉴定规定，矿井为低瓦斯矿井。1.4煤尘2002年2月21日委托煤炭科
4、学研究总院抚顺分院测定采3上、3下煤层的煤尘爆炸性参浸透，其火焰长度均大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量均为70%，均属有煤尘爆炸危险煤层。1.5 水对开采的威胁矿井主要受第四系水、顶板砂岩水，老空水，底板三灰水威胁。整个矿井的水文地质条件基本查明。1.6煤的自燃倾向性主采3上、3下煤层的煤炭自燃倾向性，均为一类容易自燃的煤层，自然发火期3-6个月，最短自然发火期90天。2、煤柱工作面的概括及相关因素。煤柱工作面多是一些大小不一，形状各异厚度不均，地质条件较差的构造和设计损失煤柱，储量极少，运输复杂，搬家频繁的小面，在生产过程中，可根据不同的采场条件，选择不同的采煤方法，采取相应的措施。工
5、作面尺寸的设计，主要依据煤柱大小和地质条件的变化，兼顾矿山压力的显现规律，在留足安全保护煤柱的前提下，尽最大努力提高回收率。2.1煤柱工作面的分类2.1.1按照边角煤所处的位置以及周围工作面回采情况，将煤柱工作面大致分为：2.1.1.1“孤岛型”指煤柱周围均是采空，好象一个“孤岛”。2.1.1.2“半岛型”指煤柱周围两面或三面靠采空区，一面或两面为未采区，形似“半岛”。2.1.2按照边角煤的分布形状，可将煤柱工作面分为：2.1.2.1“正常标准形”，就是工作面与上下顺槽近于垂直，斜度较小。2.1.2.2“不规则形”，就是工作面的形状多为三角形，多边形，往往工作面与运输顺槽斜度较大。2.2煤柱工
6、作面顶板的主要特点矿井开采的3上或3下煤柱，在煤厚大于3.0m时，采用分层开采，所以开采的煤柱工作面顶板分为两类，一类是上分层的泥岩直接顶，另一类是下分层的金属网，人造再生顶板，其特点分别是：2.2.1上分层工作面顶板的特点上分层泥岩顶板，力学性质差，裂隙发育，且遇水或失水后，极易发生冒落，易出冒顶事故。2.2.2下分层再生顶板的特点下分层顶板的形成过程是开采上分层时顶板铺设金属网，通过向老塘注浆和冒落的矸石胶结而形成的再生顶板，它受现场地质条件和铺网质量等人为因素的影响，再生顶板胶结不好，开采期间，易出现坠网，破网漏顶等特点。2.3煤柱工作面的设计方案2.3.1煤柱地质储量的核算矿井开采过程
7、中所留设的煤柱形状，大多是不规则的，煤柱所在的地区多位于边角或构造附近，煤层厚度不均匀，储存产状不稳定，给储量计算造成一定困难，因此，一般按等厚，分块分段分别计算，然后合计。根据煤炭储量，协调采掘关系，为煤柱工作面开采提供保障。2.3.2回采工艺选择和巷道设计布置因为煤柱的不规则性，工作面斜长往往变化较大，煤厚不均匀，所以回采工艺一般采用炮采，爆破落煤，单体支柱，配合铰接顶梁支护顶板，使用型梁做临时支护，以适应工作面采长的较大变化，也便于穿越老空、老巷、断层等特殊地段。考虑到煤柱回收，按照“应收必净”的原则，对于分层开采的煤层在空间上，煤柱回采段巷道上分层均沿煤层开采层顶板布置，下分层均沿煤层
8、开采层底板布置。在平面上，两巷一般沿煤柱边界进行沿空掘巷，但是基于出煤原因，运输巷呈折线型，进风巷较灵活，曲折线均可，如果进风巷受地质条件的制约，确实布置不到煤柱边界时，在回采期间经过测探能回收时，可将面两边的煤柱进行带采。煤柱工作面巷道的布置，力求经济合理，尽量利用已有的进风巷，回风巷，岩石巷，联络巷，车场，煤仓等旧巷道，避免开掘新的辅助工程，最大限度地降低煤柱开采成本，增加有效投入，缩短了掘进时间，缓解了工作面的接续，为加快煤柱回收创造了条件。2.4合理的设备选型，优化生产运输系统按照煤柱工作面的设计，合理的进行设备选型，根据煤柱工作面，储量少工作面短，运输线长的特点，合置采理布面的设备，
9、特别是运输设备尽量配置经济合理，向可靠性、强度高方向发展，。运输机选用SGW40T型，电机配置40kw，达到一步到位，由于运输设备老化，工作面尽量使用较好点的溜槽和链条；工作面不长能用单垮电机的尽量用单垮，避免“大马拉小车”现象，以达到经济合理，工作面单垮电机，要在老塘侧一边，避免放炮崩坏，运输巷要合理布置运输机；运输巷直巷段，尽量摆一部运输机，使用40kw或55kw的电机，确实用单垮电机不能满足运输机长度需要时，可采用双垮电机。总之，运输机道尽量减少运输机个数，避免频繁的运输机合茬，撤除等不必要的接续，最大限度优化运输系统，减少运输环节，减少设备投入，以达到节资降耗，节省人员的目的，再配备专
10、用移溜器，液压泵等，为煤柱开采提供保障。3、*衰老矿井残采煤柱管理的重点3.1衰老矿井管理的主要特点*煤矿目前开采已近30年，矿井已衰老，煤矿资源枯竭，原始煤层3上3下，基本开采完毕，一般主要残采村庄煤柱，区段煤柱，边角煤柱，大巷煤柱，断层煤柱和少量下分层工作面。矿井大面积为采空区所覆盖，局部形成采空积水，水文地质条件变得复杂，大巷两侧，工作面已回采结束，应力集中在-140大巷周围，造成大巷变形破坏速度快，局部地段已进行锚喷修复，原停采线附近，顶煤松动，碎胀，破碎容易形成巷道漏顶，也有可能引起自然发火；二分层再生顶板积水区，有的铁网已锈蚀腐烂，易冒落，顶板管理难度大；设备陈旧，电器老化还有其它
11、不利因素等，严重制约着矿井生产。生产条件十分困难，安全形势更加严峻，因此，衰老矿井残采煤的开采问题，是我们重点研究的新课题，那就依靠科技进步，充分调动和发挥工程技术人员的聪明才智，提高技术管理水平，改善煤矿安全技术面貌，近年来通过对该矿一些边角煤柱进行分类，不同的采场采用不同的采煤方法和技术措施，重点从加强顶板支护，煤柱工作面的调斜，煤柱工作面的带采，过断层，以及通风防尘、处理和预防灾害事故等方面的技术管理，初步摸索出煤柱工作面开采实用技术进行了推广，并取得了较好的效果，保证煤矿持续，健康发展。3.2工作面的顶板管理技术是安全生产中的重中之重（工作面的顶板支护要求）矿井的顶板管理主要依据矿压理
12、论中对矿井各种条件下的矿压观测、分类，对矿压显现的规律、显现的特点、能量释放强度等情况分析研究，施工前拿出针对性措施。支护工作措施主要侧重点为：应力集中区的“支”，像加强柱、丛柱、木垛等措施；解放层（主要是下分层）压力降低但围岩破坏严重的区域采取的“护”措施，像补网、顶板充填、预注浆等；但实施过程，往往出现高低压力区互显情况，这就要求，完善的矿压观测和依据现场情况采取灵活的施工措施。3.2.1煤柱工作面的控顶方法及控顶距离工作面采用金属铰接顶配合外注式单体液压支柱正悬臂支护，采取“三、四”峒控制顶板，其最大控顶距4.9m，最小控顶距3.7m。3.2.2护顶要求：3.2.2.1工作面用金属网护顶
13、，用窜杆背顶，金属网搭茬严密不漏矸，窜杆沿顶梁垂直方向接顶，每根顶梁上垫23根窜杆，局部冒顶造成梁上空顶时，要用木料在梁上摆成三角形或“#”字形，使之接顶背实。3.2.2.2顶板松散破碎时，必须掏窝挂梁，悬壁梁到位，铰接顶垂直煤壁支设，并使梁头紧靠煤壁。3.2.3支柱支设要求：3.2.3.1支柱必须支设牢固，严禁在支柱上打重楔，严禁给支柱带双柱帽，不能使用失效和损坏的支柱，顶梁。3.2.3.2支柱要垂直顶底板支设，支柱顶盖四爪应卡在顶梁槽内，不得顶在顶梁接头处，支柱支设要与底板全面接触，不准打在浮煤浮矸上，支柱全部穿专用铁鞋以增加支护强度。3.2.4铺网技术要求和方法3.2.4.1铺网：金属网
14、铺设必须做到“严密”，“齐直”“平整”，网边重合搭接，搭接长度，沿走向不少于0.15m，沿倾向不少于0.2m。3.2.4.2联网：把长0.6m的1214号镀锌铁丝拆成双股，弯成60o80o的钩，穿过网边的网孔用联网钩，将两网拧紧三圈，接头压平，铁丝扎结点间距不大于0.2 m。3.3煤柱工作面正常生产时期的几种特殊支护形式在正常生产过程中，形梁和铁帮柱，作为端头和工作面的临时支护形式。3.3.1型梁在煤柱工作面中的特殊使用煤柱工作面端头控顶面积大，顶板压力大、较破碎，在回采中所遇到的主要技术难题是顶板的控制管理，破碎的顶板在支架的支撑力和采动后，顶板自身压力的作用下，几乎被压碎。特别是面前折帮，
15、顶板维护不及时，很容易造成回采工作面冒顶事故的发生，给安全生产带来严重威胁。因此，为增强局部顶板支护强度，在煤柱开采过程中使用型梁，取得了较好效果。3.3.1.1型梁在工作面端头的作用。工作面最大控顶距4.9m，最小控顶距3.7m，采用“见四回一”回柱方式，机头端头超前工作面1.8m，机尾端头超前工作面1.2m。3.3.1.1.1支护形式3.3.1.1.1.1出口处用两根长型梁抬住梁头，交替迈步前移。型梁与铰接顶梁接触处用窜杆装好接实。溜头、溜尾抬棚的长度分别是4.0m、3.4m。3.3.1.1.1.2机头端头采用四对八架4.0m长的型梁（工作面为伪倾斜时，溜头棚和抬棚可用4.4m长的型钢梁）
16、，成对使用，交错前移。型梁前移后，老塘侧跟随铰接顶梁，机尾端头采用四对八架3.4m长的型钢梁，成对使用，交错前移，老塘侧跟随铰接顶梁前移。3.3.1.1.2支护的质量要求3.3.1.1.2.1放炮后及时整改变形支架，煤帮侧崩倒的棚腿及时扶起，清理浮煤、浮渣，维护好煤帮裸露顶板，及时清理出口，确保出口畅通，高度不低于1.6m，人行道宽度不小于0.8m。3.3.1.1.2.2溜头、溜尾端头棚前移后要跟好铰接顶梁，跟的铰接顶梁的柱距不得大于0.55m，端头棚要垂直煤壁，靠近巷道的第一根端头棚与巷道抬棚之间的距离不大于0.5m。3.3.1.1.2.3机尾端头长2.4m，超前工作面1.2m，机头端头长2.4m，超
