山西方山金暉瑞隆煤業工業場地保護煤柱開采可行性論證

王秀鵬

山西方山金暉瑞隆煤業有限公司 山西呂梁 033100

1 礦區概述

1.1 工業場地建（構）筑物概況

山西方山金暉瑞隆煤業有限公司工業場地位于礦井中央，保護范圍南北走向長度為520m，東西傾向長度為750m。工業場地地表為黃土高原，地貌類型以侵蝕的黃土梁、峁為主，其次為黃土沖溝，工業場地地面標高+1180m，井下5#煤標高+930m 至+990m，埋深160-220m，基巖約100m。

1.2 工業場地建（構）筑物保護級別

工業場地廣場上的各類各型建（構）筑物，抗變形能力及允許的沉降和變形各不相同，對礦井安全生產的重要性各不相同。中央變電所，據了解其允許的沉降量小于200mm，超過這個值，就有刀閘合不到位的可能，帶來全礦井的供電中斷，安全隱患較大；主、副井井筒內有罐籠、箕斗和罐道梁，井架頂部天輪，變形超過允許值會造成提升設備不能安全運轉，既有安全隱患又造成礦井停產；洗煤廠有高速運轉的洗選設備，對變形的要求也比較嚴苛；相對地，儲煤筒倉、風井及辦公樓、宿舍樓、機修廠等各種建筑物對沉降和變形的允許值相對地要大一些；因此，把工業場地西部的井筒、中央變電所、洗煤廠列為主要保護對象，沉降量控制在200mm、變形控制在《“三下”采煤規范》規定的I 級范圍內；把洗煤廠以東的建(構)筑物（包括風井）列為次要的保護對象，變形控制在《“三下”采煤規范》規定的II 級范圍內。

2 工業場地下壓煤開采方案

2.1 前期方案計算

工業場地保護煤柱可能的開采方案有搬遷異地重建（東部全采）、條帶開采、充填開采。

（1）東部全采方案。東部全采方案中，工業場地保護煤柱西部主井、副井保護煤柱保留不采，只在東部煤柱布置長壁綜放工作面，全部垮落法管理頂板。根據保護煤柱范圍、斷層分布、臨近工作面及巷道布置情況，5#煤布置3 個工作面，8+10#煤布置2 個工作面。

該方案經預計，地表最大下沉達到4300mm，水平變形67.6mm/m。5#煤開采引起的地表最大下沉4300mm，最大水平變形為67.6/-56.9mm/m，最大傾斜為56.8mm/m；8+10#煤開采引起的地表最大下沉5270mm，最大水平變形為34.6/-66.6mm/m，最大傾斜為65.0mm/m；回風立井、主廠房、變電所等均發生較大的地表下沉、水平變形和傾斜，采動損壞等級達IV 級。不滿足要求。

（2）條帶開采方案。條帶開采方案中，將兩層煤的工業場地保護煤柱以洗煤廠為界分為東西兩部分，東部區域地表采動影響應控制在采動損害II 級以內，西部區域地表采動影響應控制在采動損害I 級以內。在工業場地保護煤柱范圍內，在距離主井、副井、風井一定距離之外布置條帶工作面，根據煤層覆巖結構、保護煤柱范圍、斷層分布、回風大巷布置情況，進行了條帶工作面的布置。

（3）充填開采方案。充填開采方案中，在工業場地保護煤柱范圍內，根據煤層覆巖結構、保護煤柱范圍、斷層分布、回風大巷布置情況，在距離主井、副井、風井一定距離之外全部布置充填工作面。5#煤工廣煤柱中共布置5 個充填工作面，8+10#煤工廣煤柱中共布置7 個充填工作面。從充填可操作性、充填效果控制等方面考慮，5#煤單層一次充填，采高5.0m，8+10#煤分2 層充填，單層采高分別為4.75m。

充填開采方案能實現建構筑物保護要求。地表建構筑物變形能控制在變形范圍內。

2.2 充填開采方案優化及風井搬遷與否方案對比

（1）不搬遷風井方案。結合現場施工實際情況，對不搬遷風井充填方案進行了優化，確保主副井變形控制在1mm/m 以內。

具體方案為：5#煤工作面調整為3 個，8+10#煤工作面調整為6 個，為了減輕變電所所受采動影響，對下方的8+10#煤煤柱3 工作面限厚5m。

由預計結果可知，調整后的充填開采方案對變電所的采動影響顯著減小，地表主立井、副立井、綜合樓、主廠房、回風立井等所受采動影響也滿足控制要求[1]。

（2）風井搬遷充填開采方案分析。在充填開采優化方案基礎上，將風井搬遷重建，從而解放部分風井煤柱和回風大巷煤柱資源，并重新劃定充填工作面。由預計結果可知，風井搬遷充填開采方案主要對公路的影響范圍和量值有所變化，但整體公路所受采動影響達到采動損壞等級II 級，會形成明顯裂縫和塌陷，需要采取一定維護措施保證公路通行，地表主立井、副立井、綜合樓、主廠房等所受采動影響滿足控制要求。

（3）風井搬遷與否對比。風井搬遷方案比不搬遷方案多解放資源量108 萬t，預計多采出30 萬t，且減少了兩次工作面搬家次數。但多投入約960 萬元（其中新風井設備及施工費約760 萬元，技術報告編制征地及協調費約200 萬元），經濟效益多478 萬。

3 結語

通過對瑞隆煤礦地質采礦條件、工業場地建（構）筑物情況的深入分析，并通過破壞性開采方案和保護性開采方案的技術經濟分析，確定了工業場地建（構）筑物壓煤開采的最終方案，并結合最終的推薦方案進行了初步設計。主要得出以下結論。

（1）根據對工業場地保護煤柱資源量及其開采技術途徑分析，為了提高礦井資源回收率和延長礦井服務年限，工業場地壓煤開采是必要和可行的。

（2）通過對工業場地保護煤柱東部全采方案、條帶開采方案、充填開采方案的技術對比，東部全采方案不能滿足工業場地地表沉陷控制要求；兩層煤開采選用條帶開采方案時，工作面寬度在35-45m 之間，巷道掘進率低且難以放煤；充填開采方案能實現工業場地重要建構筑物的保護和井下煤炭資源的回收。

（3）通過多個方案的計算，提出了滿足地面建構筑物保護要求的搬遷風井及不搬遷風井兩個方案的工作面布置設計。不搬遷方案5#煤工作面為5 個，采高均為5m；8+10#煤工作面為11個，其中采高5m 的6 個，采高4m 的5 個，預計可采出259 萬t。搬遷風井方案5#煤工作面為3 個，采高均為5m；8+10#煤工作面為11 個，其中采高5m 的6 個，采高4m 的5 個，預計可采出289 萬t。初步經濟對比認為搬遷風井方案比不搬遷方案利潤多478 萬元，預計開采盈利約2591.38 萬元。

（4）主副井保護煤柱內采用局部短壁充填開采，即8#煤采高5m，采寬5m，留寬8m，短壁工作面長度47-91m 不等，預計可采出5.2 萬t 煤炭資源。