煤礦資源綜采放頂煤及無煤柱采煤技術應用

潘 峰

（山西蘭花科技創業股份有限公司 山西晉城 048000）

無煤柱采煤技術能夠在采煤過程中，不保留護巷煤柱，而采用其他方法維護巷道，從而提高回采率、減少沖擊地壓，同時期掘進率先對較低，巷道維護費用也相對較少，是一種非常先進的采煤技術。選取山西晉城蘭花科創的伯方煤礦二盤區三＃煤層作為研究對象，探討綜采放頂煤無煤柱采煤技術在該煤層的應用方法和可行性。

1 工作面概況

山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦二盤區3＃煤層，平均厚度為5.25m，有0.1～0.24m的黑色泥巖和炭質泥巖偽頂；直接頂為厚層灰黑色的粉砂巖，性脆，井田中部變為南北向的粗砂巖；頂板以上0～9.37m（一般為1～3m）有厚層中粗砂巖，一般厚10m以上，泥質膠結，為3＃煤層的老頂或直接頂，裂隙發育中等，不易冒落，開采時易管理，屬Ⅱ～Ⅲ類頂板。其柱狀圖如圖1。瓦斯相對涌出量1.7m3/t，絕對涌出量2.3m3/min，屬于低瓦斯礦井，煤屬于不易自燃煤層，地溫、地壓穩定。

圖1 山西晉城蘭花科創的伯方煤礦二盤區3＃煤層地質條件柱狀圖

2 無煤柱開采的可行性分析

無煤柱開采技術是通過沿空留巷或者沿空掘巷的方式實現的，如果直接采用沿空留巷技術實現無煤柱開采必然是非常困難的。煤巷錨網索聯合技術的出現使得對煤巷圍巖的支護強度大大增強，從而使得沿空留巷技術條件下實現無煤柱開采也成為了現實。

目前伯方煤礦正在開采的為3#煤層，如圖1所示，該煤層下以黑灰色泥巖、粉砂巖為主，夾有一層較薄的菱鐵礦層，底部是K7砂巖層，頂部即為3號煤層，煤層的厚度較大，非常穩定，是目前伯方煤礦的主要煤層。除此之外，目前該煤層本身就是采用的綜采放頂煤技術，在早期也采用了煤巷錨網索聯合技術，而摒棄了傳統的架棚巷道技術，因此在支護強度方面也能夠達到無煤柱開采的要求，沿空留巷效果也能夠得到保障。因此，從技術條件上來看，是可行的。

3 巷道的布置與生產工藝

3.1 巷道的布置

伯方煤礦3#煤層剩余可采儲量布置只有二盤區，目前正在生產。根據無煤柱開采的技術要求，以及礦井實際條件，初步確定盤區區段的寬度為195m，然后沿著水平大巷的兩側進行布置，區段的長度根據煤層賦存條件以及盤區的幾何尺寸進行確定。

工作面的運輸巷距離上一個區段運輸巷130m，平行排列，工作面配副巷距離上一區段運輸巷30m，同樣是平行排列，上一區段的榆樹鄉在回采過程中，采取措施進行沿空留巷，即，工作面的回風巷。回風巷的切眼垂直于運輸巷，與上一區段的沿空留巷貫通。想到斷面的運輸槽高度為2.7m，寬度為4.5m，配副巷高度為2.6m，寬度為3.4m。上一區段的沿空留巷后高度為1.8m，寬度為2.2m。工作面可以采用W型通風方案，沿空留巷充當瓦斯排放和回風巷。通風方案的布置如圖2所示：

圖2 通風方案示意圖

3.2 生產工藝

在工作面采用綜采放頂煤的開采工藝，按走向采用長壁后退式方法進行開采，支護支架選用ZY9400/28/62液壓支架，支護高度為2800～6200mm，采煤機方面，選用地科技股份有限公司上海分公司生產的MG1100/2740-GWD型交流電牽引采煤機。為了配合綜采放頂煤的工藝要求，在刮板運輸機方面，選用的是山西煤機廠生產的SGZ-1000/1400型工作面刮板輸送機。頂煤采用的是全部垮落法進行管理，煤層一次采全高。機組的工作方式，采用的是斜切式進刀，同時采用單向割煤工藝，機組每次往返進刀一次，按照順序自上而下進行工作面放頂煤，放煤步距選擇為600mm。

在上一區段回采完畢，采空區冒落嚴實，圍巖活動相對穩定后，再沿采空區和煤體邊緣掘進巷道，根據開采的實際情況，可以選擇完全不留煤柱，沿采空區掘進，也可以保留3~5m寬的小煤柱。

4 綜采放頂煤無煤柱開采之中的幾個關鍵問題

4.1 區段運輸巷沿空留巷技術問題

在目前的技術條件下，沿空留巷的效果直接決定了無煤柱開采的成敗。采用煤巷錨網索聯合支護技術，確實能夠有效的提高巷道支護強度，這為沿空留巷提供了一個堅實的基礎。但是，在運用煤巷錨網索聯合支護技術之后，在回采期間圍巖應力會產生較大的變化，這要根據現場的實際開采條件，結合沿空留巷的應力分布以及唯一特點，對“懸臂梁結構”進行加強支護。同時，還需要加強安全管理，安排專業的隊伍打密集點柱、木垛，同時還要負責臥底出貨。

4.2 無煤柱開采技術的使用

在過斷層作業中，施工的順利與否關鍵在于對工作面走向，方向和角度等問題的控制，尤其是下山開采角度，傾斜方向的角度的控制，而且走向方向度要在斷層的各個要素的情況下進行判斷，不能隨意的對其下判斷。一般而言，在工作中，要以下順槽作為標準依據，然后按照巷道18度作為下山的坡度，這樣工作的流程首先是從下出口開始，由排頭架到工作面的步步推進，然后在講支架開始托煤頂開始開采，并且再開始過渡到斷層下，這個工作步驟的重點在于，工作面下拖煤頂開采開始時候起，就必須要對工作面進行嚴格的保證，這樣走向下山大概18度，假如不能將下山的調度控制在18度以上，施工時工作面會撞到斷層下班頂板，所以這樣會影響到工作面，使得開采工作失敗。

在二盤區西側為下行開采，在完成前一個工作面的開采之后，運輸巷形成了沿空留巷，留下的巷道能夠作為有序工作面的回風巷。而在回風巷的作用發揮完畢之后，在兩個相鄰的想到之間不再需要留設階段性的煤柱。此時，就可以實現對采取工作面的無煤柱開采，通過這種方法，伯方煤礦3#煤層二盤區可以多回收煤炭7.9萬噸，從而較大的提高了回采率。

4.3 工作面過空硐的技術

在工作面的回采過程之中，運輸巷、副巷以及上部的沿空留巷都必須要在工作面煤壁上進行加強支護20m，同時在配副巷離煤壁20m處設置3套單體支護加強設備。在回采的過程之中，由于存在配副巷，這就需要同時進行托頂煤回采，而在掘進的過程中，也需要進行沿頂掘進，在這個過程中需要在配副巷的兩個支架上再采用雜木棚背實，防止配副巷上下兩幫片幫造成的支架前出現前梁空頂。

4.4 瓦斯防治技術

在長期的開采實踐中，我們發現綜采工作面的瓦斯安全治理問題直接關系到安全生產以及無煤柱采礦技術的實現。在高瓦斯工作面（瓦斯涌出量超過5m3/min），工作面隅角處非常容易出現超限的問題。在實際的操作中，采用沿空留巷的無煤柱開采之后，工作面的瓦斯能夠有一部分通過配副巷進入到總回風巷，但是對于另外的一部分，要采用一定的設備使其能夠在采空區得到擴散。同時，還需要加強瓦斯監測，杜絕高瓦斯工作面的瓦斯超限造成的各種安全隱患。

5 結語

無煤柱開采技術能夠有效的減少煤資源的浪費，通過沿空留巷，能夠實現綜采放頂煤開采過程中，在區段之間不再設置階段性煤柱，大大的提升了資源的利用效率。從伯方煤礦的實際應用來看，該技術從技術層面上來看可行。從實際運用效果來看，能夠提高資源利用效率，具有較高的可行性。

但是，在開采的過程中，還需要注意一些細節性的問題。比如，在工作面副巷進行布置的同時，還需要將上一個共勉采取的沿空留巷采空區留下來，為下一個工作面回采的時候與沿空留巷和貫通，并且將其作為下一個回采面的回風巷，促進瓦斯的排放，從而有效的解決瓦斯的排放問題，提高安全生產能力。從實踐來看，這種方法具有較好的效果，值得推廣。

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