多空巷采區孤島煤柱綜放回收開采實踐

文/崔文峰

山西蘭花集團莒山煤礦位于沁水煤田南部，設計能力90 萬噸/年。礦井3#煤層回采已接近尾聲，經過對3# 煤層遺留煤柱進行全面調查分析設計，將綜采放頂煤技術應用于采區孤島煤柱回采。

一、工作面概況

1.工作面煤層賦存情況

ZF302 工作面主要回收六采區上山保護煤柱。 煤層厚度6.13m，煤層賦存穩定，結構簡單，直接頂為砂質頁巖， 厚度2.25m；基本頂為中砂巖，厚度17.43m；直接底為砂質頁巖，厚度0.3m；基本底為中砂巖，厚度4.35m。 煤層內局部夾1～2 層炭質泥巖， 厚約0.1～0.16m。 礦井為低瓦斯礦井，3＃煤層為不易自燃煤層，煤塵無爆炸性。

2.工作面井上下位置

ZF302 工作面西面為3602、3604 上中下分層工作面 （已回采），北面為六采區東翼運輸巷，東面為3601、3603 分層工作面及ZF301 工作面（已回采），南面為3#煤運輸大巷、回風大巷。 工作面長度74.6m，走向長度303m，蓋山厚度54～93m，平均73m。

工作面推進過程中將于6 條上分層煤層頂板空巷、3 條中分層煤層空巷下方通過，與7 條煤層斜交巷道、3 條煤巖層斜交巷道 （即1# 煤倉、1# 進風眼、采區材料暗斜井）相交，并于2 條底板巖層空巷（采區集中運輸巷、采區材料車場）上部通過。 工作面平面位置如圖。

二、巷道布置及支護

工作面巷道沿煤層底板單巷式布置，運輸順槽、回風順槽于原中、下分層保安煤柱間布置，與下分層工作面停采線留設7～10m 寬度煤柱，開切眼與原六采區東翼運輸巷留設煤柱10m。

工作面兩順槽均采用梯形斷面，12 號礦工鋼支架支護，上口寬3000mm， 下口寬3800mm， 高度2550mm，斷面積8.67m2。 運輸順槽與3# 煤運輸大巷，回風順槽與六采區集中回風巷相接。 開切眼采用梯形斷面， 木對棚配合錨網支護， 上寬7000mm，下 寬 7400mm， 高 度2350mm。 斷面16.92m2。

三、回采工藝

采用走向長壁后退式綜采放頂煤方法，全部垮落法管理頂板。 循環進尺0.6m， 機采高度2.2m， 放煤高度3.93m， 采放比1∶1.786。

1.采煤工藝

采煤機斜切進刀→割煤→移架→推前部輸送機→放頂煤→拉后部輸送機。

2.進刀方式

采用端部斜切割三角煤進刀方式。

3.移架方式

采取帶壓擦頂移架，盡可能保持頂煤的完整性。 移架時，控制頂梁下降量小于200 mm， 支架初撐力不得低于31.4MPa。 且移架滯后采煤機后滾筒3～5m，追機作業。

4.放煤工藝

工作面平面位置圖

放頂煤采用依次順序從機頭往機尾或從機尾往機頭放煤的方法進行，放頂煤工序與割煤工序采用交替作業方式， 且放煤過程中，要相互配合，盡量不讓頂煤流出刮板輸送機外。 嚴格遵循“見矸收尾梁”的原則。

四、 過空巷期間的通風瓦斯、頂板管理

1.回采前支護加固空巷

（1）上分層、中分層煤層巷道：采用梯形木質親口棚加木垛支護。

（2）煤層斜交巷道：采用木點柱+木垛+錨桿（索）支護。

（3）煤巖層斜交巷道：對位于巖層中的部分采用碎矸石充填，為防止采煤機下陷，上部靠近煤層的800mm 高度改用強度等級不低于C20 的素混凝土充填。 對位于煤層中的部分采用煤和水泥漿的拌合物充填， 采用標號為425# 水泥按0.6 的水灰比配制水泥漿， 然后再加入水泥重量1.2 倍的煤渣攪拌均勻后逐層灌入煤倉。

（4）對煤層底板巖巷采用碇后注漿+錨桿（索）+鋼筋網支護。

2.過空巷期間的頂板管理經驗

（1）過空巷前必須對與空巷相交的工作面相交范圍進行木垛加固，保證木垛支撐有力。 加強空巷附近的超前支護，保證柱體初撐力不低于18MPa， 所有單體柱穿鐵靴，增加單體柱支撐強度，降低回柱難度。

（2）過空巷前工作面采用調斜的方式推進，盡量減小空巷與工作面相交面積，使工作面與空巷分段相交。 嚴格控制采高，采煤機必須沿底板作業，不得留底煤，必要時可以割底板，保證工作面液壓支架前探梁與空巷頂板有效銜接。

（3） 過空巷期間礦壓明顯增大， 工作面煤壁出現嚴重片幫、塌矸現象時，要及時超前移架、伸出前探梁強行護頂，減少防止支架前方冒矸量。

（4） 加快工作面推進速度，抑制了工作面頂板大幅度下沉量。

（5）空巷內的坑木必須由支架前方取出，防止木柱進入工作面影響生產。備足液壓柱、木梁、道木等備用材料，以供過空巷期間維護頂板使用。

3.過空巷時的通風瓦斯管理

回采前對所有空巷進行檢查密閉， 隔斷采空區和工作面的聯系。 回采過程中，在工作面進風順槽內通過進風孔對每條空巷進行適量配風，每班由專職測風員定時監測工作面運輸、回風、原采區回風集中回風巷及空巷附近的風速、瓦斯等參數，一旦發現異常，及時匯報調度室進行處理。

五、礦壓觀測

1.工作面礦壓觀測內容及方法

采用液壓支架所配BZY-60/60 礦用數字壓力表進行支架阻力測量。在工作面按上中下布置三個測區，安裝12 臺數字化礦壓儀，定期收集壓力數據。

每天統計一次端面頂板的破碎及煤幫片幫情況，同時統計液壓支架安全閥開啟率和支架因頂板壓力損壞的部件等情況。

2.兩順槽觀測

巷道圍巖表面位移：在巷道中設置觀測基點，每30m 布置一組測點，每天觀測一次，用測桿測量頂底板和兩幫的移近速度和移近量。

超前單體支柱阻力觀測：利用單體支柱壓力表在超前支柱支設時開始觀測支柱阻力的變化情況，每班記錄一次，運輸和回風順槽每巷選兩根液壓柱安裝壓力表，初始位置距工作面15m 和30m，隨工作面向前推進該液壓柱也隨之相應前移。

3.支護質量動態監測

由技術員對工作面支護質量與頂板動態監測，監測內容：工作面包括支架阻力、 煤幫片幫值、梁端距、 采高及端面頂板冒落情況；兩巷包括單體支柱初撐力、超前支護及巷道支護完好情況等。

工作面、順槽支護質量監測貫穿于工作面整個生產期間。

4.觀測成果

直接頂初次垮落距6.0m，基本頂初次來壓步距14m，基本頂周期來壓步距3～8m， 基本頂來壓強度一般為30～35Mpa,最大達38 Mpa。工作面中部及機尾來壓頻繁且強度高，工作面機頭側受保護煤柱支撐作用，來壓次數較少。

六、主要經濟及社會效益

ZF302 工作面回采時間3 個月，回采遺留煤柱煤量17 萬噸，工作面回采率達87%，工效13.59 噸/工日。 噸煤直接成本219.62 元；噸煤綜合成本443.10 元； 噸煤利潤340.5 元；共實現利潤5788.5 萬元，為公司創造了可觀的經濟效益。

莒山煤礦運用綜采放頂煤技術成功回收采區孤島煤柱，提供了一條提高煤炭資源回收率的有效途徑，對類似條件下老礦的挖潛降耗、延長礦井服務年限、實現可持續發展具有重要的推廣價值。