淺談剩煤開采技術

闞士凱，朱 劼

(中國礦業大學)

·技術經驗·

淺談剩煤開采技術

闞士凱，朱 劼

(中國礦業大學)

剩煤開采是一個新興課題，也是一個亟待解決的現實問題，對我國煤炭行業的可持續發展具有重要的現實意義。本文通過對剩煤賦存特征、采煤方法、巷道布置、采區尺寸、工作面支護、技術管理等方面的研究，在保證安全生產的基礎上，以效益最優為目標,從實踐中摸索研究合理可行的方法和途徑， 創造更高的經濟效益，實現煤炭開采的可持續發展。

剩煤開采；技術管理;改造；延伸；可持續發展

現今，國內許多煤礦經過幾十年的開采，已經進入衰老期，但由于老礦井過去使用落后的開采方法，致使礦井中遺留大量可利用煤炭，造成嚴重浪費，與國家的可持續發展國策相違背，所以，必須采取有效方法，盡可能開采剩煤，減少浪費。對衰老、儲量枯竭的礦井，應利用現有生產系統和設備進行改造與延伸，以提高資源回收。在巷道布置和采煤方法的選擇上，應本著剩煤不浪費的原則，充分利用綜采放頂煤等先進技術，保證在安全生產的基礎上，以效益最優為目標,從實踐中摸索研究合理可行的方法和途徑， 創造更高的經濟效益，實現煤炭開采的可持續發展。

1 剩煤賦存特征

剩煤是指生產礦井儲量損失表已經填報的那一部分損失量(主要是設計損失和地質及水文地質損失)以及轉出、注銷、報損及表外儲量。一般為井田煤柱，區段(階段)煤柱，落后采煤法的損失量，丟失的頂底煤，遺棄薄、劣煤以及零星塊段、構造保護煤柱等。

1) 煤柱。

a) 區段及階段煤柱、軌道及運輸上下山保護煤柱，這一類型的煤柱在生產礦井損失量中占有一定比重，其儲量一般占采區工業儲量的15%～20%。

b) 構造保護煤柱，地質構造復雜區段，由于受斷層切割褶曲影響，往往因安全考慮，丟失大量煤柱或頂、底煤。

c) 井田境界煤柱，即各井田之間留設的技術境界煤柱，一般留20～30 m。

d) 因災害事故而留設的隔離煤柱，如因瓦斯事故、自然發火而沒有開采的區域。

2) 浮煤。主要是使用落后采煤方法的采區，在落煤過程中，大量浮煤被冒落的頂板巖石所覆蓋。

3) 底煤。主要是落后采煤法在掘進期間沒有沿煤層底板送道，造成開采中丟底煤以及由于采優棄劣，個別井區的小槽煤及煤層底板附近1.5～2.0 m的劣煤往往遺棄不采，造成大量資源丟失。

2 采煤方法

采煤方法是否合理，直接影響礦井生產的安全和各項技術經濟指標，所選擇的采煤方法必須符合安全、經濟、先進、因地制宜的原則。由于殘煤煤體不連續、疏松易冒以及瓦斯含量相對較少，從利于頂板管理，防火和瓦斯管理等方面考慮，經多年開采實踐，逐步形成了按煤層厚度、傾角分類的幾種采煤方法。

1) 煤層傾角近水平或近水平布置的殘煤，瓦斯含量小，煤質疏松易冒，可采用巷柱采法開采。這時，如布置單扒面，工作面易淌煤矸，頂板很難管理，快采快挑優越性明顯。

2) 煤層傾角<25°，煤層厚度>6.0 m，可采用單一長壁全陷扒頂煤采法開采。此采法為負壓通風，由于傾角<25°，支架穩定性易于實現。煤層厚度>6.0 m，工作面頂板易于維護。

3) 25°煤層傾角>45°的不連續殘煤，選用巷柱采法開采。此時，煤層可沿人工槽自溜。這一煤層條件下，瓦斯多積聚在采空區高處，放煤口附近瓦斯很小。只要放煤口及時落嚴，安全程度是有保障的。當開采條件具備時，可選用綜采放頂煤技術。

4) 煤層傾角>45°，煤層厚度>8.0 m的殘煤，可采用單扒采法開采。此時，沿頂底板形成入排風系統，近水平布置工作面。頂煤厚度一般為采高的2～3倍。頂煤厚度小，頂板留不住，提前來矸；頂煤厚度大，推進速度慢，頂煤下不來或“蓋被”，留下隱患。

5) 對于煤層傾角>45°，煤層厚度4～6 m的原始塊段或連續煤體，用巷道長壁法(巷道法)開采。巷道長壁采法的瓦斯多集中于風道后尾巷，而其余采空區內并無瓦斯積存。因此，采用巷長采法，可連續推進，提高回收率，減少回采巷道。

3 巷道布置

剩煤巷道布置應從完善生產系統出發，依據殘煤疏松易冒、煤層變化大的特點加以確定。剩煤巷道布置前的資料查找工作對巷道布置及剩煤采區安全生產的順利進行起到重要的指導作用 。

根據各煤礦實際情況，應注意以下幾個方面：

1) 主要巷道應盡量通過加強支護等方法利用原有巷道，區內共用巷道應盡量開鑿在煤層下部的小槽煤中，其它準備巷道應多送煤巷、少送巖巷。由于殘煤塊段普遍較小，少則幾千噸，多則幾萬噸，所以，復用原有巖巷，以及增加煤巷，可節省投資；區內共用巷道開鑿在小槽煤中，既可防止采區準備時的發火，巷道又有較穩定的頂底板，防止掉底。由于殘煤塊段小、連續性差、厚薄不均，因此開采前后可能多次送道，逐一開采。

2) 應盡可能回收煤炭資源。殘煤井(區)均為貧煤井(區)，加強煤炭回收是取得效益的重要一環。設計時，應充分運用原始資料，分析原舊巷道和構造位置在較長時間內的相對位移，經鄰近巷道揭露證實后，再確定準備采區的相關位置。

3) 應有利于通風管理、防止發火。殘煤巷道布置應本著“掘、滅、采”的原則，區內巷道應力求揭露舊巷、積水、高溫和火點，使之在準備期間得到預先處理。

4 采區尺寸

剩煤采區布置應以小尺寸為宜。剩煤煤柱區，斜長應<50 m，走向長度<100～120 m；區內殘煤復采，斜長應<20 m，走向長度<50 m；剩煤緩傾斜面長<20 m，急斜段高<10 m，可考慮取消小階段煤柱。因為面短(段高<10 m的)推進速度快，上段即使局部有高溫，采空區碎矸的滑落也及時起到抑制作用，并隨工作面前進，抑制作用不斷加強。

對厚度>6 m、段高>20 m的急斜塊段，應與采空區隔絕，以防止上段高溫火點的威脅。

具有下降風的采區，變坡點受負壓作用大，頂板又是瓦斯易積存區，應力求布置在巖石中或煤巷發券，以防發火。

5 剩采工作面支護

對于剩采工作面，由于其走向長度小，斜長小，推進速度快，一般不會出現頂板周期來壓現象。但是，我國現有工作面，老頂初次來壓步距為10～30 m的約占54%，30～55 m的約占37.5%。因此，對于我國大部分殘采工作面來說，其頂板仍然有垮落的危險。根據經濟適用、安全可靠、可行的采場支護原則，可采用單體液壓支柱與π型鋼梁配套使用,柱、排距應經計算設計,π型鋼梁和單柱成組支護,三梁九柱為一組,棚梁間打好雙勁木,每個單柱均綁好防倒鏈,以防倒柱傷人。實踐證明，這種支護方式適應了支撐頂板壓力的需要,且簡捷方便,整體性較好,對初期來壓和周期來壓起到了穩定采場的作用,使回采工藝各工序能順利的完成。

6 剩采技術管理

剩煤開采，不安全因素較多，主要表現在：

1) 由于開采過程中既開幫又挑頂，使頂板處于劇烈活動，不利于施工管理。

2) 由于采空區內頂板冒落程度不同，頂板凹凸不平，并有高冒，必然產生渦流和局部瓦斯積聚。

3) 剩采回采率低，區內丟煤多，給煤炭自燃發火創造了條件。

4) 采場底板破壞與突水。針對上述不安全因素，技術管理的重點是：通風系統、瓦斯、消防火、突水和頂板應采取相應措施加強管理。

a) 要加強瓦斯管理，風道上幫及風道后尾巷不準挑頂開幫，以防高頂瓦斯積聚，采過后要及時落嚴；機電設備要杜絕失爆。

b) 殘采區要有足夠的消防火手段，如注阻化泥漿、注水、注砂、及時封閉等。開采前系統要健全，封閉材料應運至區內。開采后，要加強老塘及風道后尾巷CO的檢查。c) 采用“砌體梁”結構的滑落失穩與回轉失穩分析方法對底板關鍵層破斷塊體的穩定性作出分析，從而對底板突水性作出評價。

d) 殘采由于煤質疏松易冒，應加強工作面戧棚(柱)的支護，采取穩定性措施，有條件的工作面，采用單體液壓支柱與Π鋼配套，密集型支護，有力控制頂板。

綜上所述，對衰老、儲量枯竭的礦井，應利用現有生產系統和設備進行改造與延伸，這是老井挖潛、提高資源回收的一個重要途徑。在巷道布置和采煤方法的選擇上應本著剩煤不浪費的原則，充分利用綜采放頂煤等先進技術，保證在安全生產的基礎上，以效益最優為目標,從實踐中摸索研究合理可行的方法和途徑，創造更高的經濟效益，實現煤炭開采的可持續發展，延長煤在中國經濟發展中的服務期限。

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[2] 楊孟達，劉新華，王 瑛，等.煤礦地質學[M]. 北京：煤炭工業出版社,2000：34-36.

[3] 錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制 [M].徐州：中國礦業大學出版社,2003:123-125.

DiscussiononResidualCoalMiningTechnology

KanShi-kai,ZhuJie

Residual coal mining is a new topic, also is an urgent problems. It has important realistic significance for the sustainable development of our country's coal industry. This article is based on the residual coal mining method, the occurrence characteristics, layout of tunnels, area sizes, face timbering, the management of technology and so on. In ensuring safety in production, we practice for reasonable and feasible ways and means based on the target of most benefits to create more cost-effective and sustainable development of coal mining.

Residual coal mining; Technology management; Transform;Extend;Sustainable development

闞士凱 男 1986年出生 2007年中國礦業大學在讀本科生 徐州 221116

TD823.2

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1672-0652(2010)07-0012-03

2010-05-10