百善煤礦提高資源回收率的路徑分析

摘 要：主要從礦井開采規劃、縮小防水煤巖柱、采掘設計、采煤工藝、復采殘采、開采技術措施和加強煤炭資源管理等方面，闡述百善煤礦提高礦井煤炭資源回收率的路徑方法，其成功經驗對相類似的資源緊缺礦井有較好的借鑒價值。

關鍵詞：煤炭資源；提高回收率；路徑方法

引言

煤炭是一種不可再生的自然資源，是我國最主要的基礎能源，一直占我國能源消費的70%左右。我國的煤炭資源主要在西部、北部，煤炭消費主要在東部、南部。隨著長期大規模開采，我國東部煤炭的可采儲量已經明顯不足。最大限度地開發和利用好現有煤炭資源，提高資源回收率，減少資源浪費，保證煤礦的可持續發展，延長礦井服務年限，是我們東部煤炭企業的戰略責任。我們以百善煤礦為例淺談提高煤炭資源回收率的技術路徑。

1 百善礦井概況

百善煤礦隸屬于安徽省皖北煤電集團，地處皖北能源城市淮北市，淮北煤田濉蕭礦區南端。百善井田南北長約8km，東西寬2～4km，面積約22.5km2。區內地勢平坦，地面海拔標高+28～+32m，為沖積平原地段。礦井開采深度由-125m至-310m標高。礦井開拓方式為立井單水平上、下山開拓，水平標高為-195米，礦井為低瓦斯礦井，通風方式為兩翼對角式。礦井于1977年建成投產，設計能力45萬t/a，投產后經過1982年和1985年兩期技術改造，礦井生產能力突破100萬t/a。2007年核定生產能力為150萬t/a。

2 井田地質及儲量

2.1 井田地質構造

百善井田是一個獨立的、不規則的向斜盆地，主體構造為一軸向NNE的向斜，發育有次級褶曲和斷裂構造，兩翼地層產狀平緩，一般為5°～10°，局部地段為15°～25°。井田內地質構造中等，基本查明的主要大斷層有五條，其中落差為20m～80m的F3號斷層將井田切成南北兩部分，煤層埋藏呈南深北淺，煤系露頭標高為-90m～-130m，在百善主體向斜軸部最深處為-310m。礦井內共發現落差大于5m，走向長度大于300m的斷層32條，其中逆斷層5條，其余均為正斷層。

2.2 煤層及資源

礦井含煤地層為石炭系（C）和二迭系（P），石炭系煤層不具備開采條件。二迭系含3、4、5、6、7等五個煤層（組），煤層總厚7.09m，含煤系數3.14%。52、6煤層為可采煤層，平均總厚5.38m；其中6煤層為主要可采煤層，平均厚度2.85m，52煤層為局部可采煤層。其余煤層為不可采煤層。

礦井初始設計利用地質儲量5414萬噸，可采儲量3321萬噸。由于百善井田煤系為一孤立的向斜盆地，煤系地層之上均為新生界松散層所覆蓋，平均厚度約140m，礦井北部有第三含水層（簡稱“三含”，為中等含水層）直接覆蓋在煤系地層之上，礦井初始設計在北部盆地四周煤層露頭針對“三含”留設了垂高40m的防水煤巖柱，壓煤量為1411萬t。（圖1）

3 提高煤炭資源回收率的技術路徑

3.1 加強礦井規劃，資源內部挖潛

百善井田煤系為一孤立的向斜盆地，沒有擴大地質儲量的可能。百善煤礦礦井儲量規模小，初始設計利用地質儲量只有5414萬噸，其中因留設防水煤柱壓煤1411萬t，按原設計能力45萬t/a可服務年限53年。隨著經濟、社會的發展對煤炭需求不斷增大，礦井擴產改造滿足經濟、社會發展需求是企業的必然選擇，這與礦井有限的資源及服務年限產生矛盾，解決矛盾的有效途徑就是向資源內部挖潛——提高資源回收率。

提高資源回收率的方法最主要的就是兩條：一是減少回采時的厚度損失，二是減少面積損失。

3.1.1 —改進采煤工藝，減少厚度損失

上世紀八十年代，根據煤炭行業裝備發展趨勢，機械化礦井是必然的發展方向。百善煤礦1982年和1985年的兩期擴產技術改造，公司決策層把提升礦井開采裝備技術水平、轉變采煤工藝作為重點來抓，預留礦井裝備升級空間，并于1986年引進綜掘、綜采裝備，1987年第一套綜采機組開始上馬，在全國地方國有煤礦中率先采用綜合機械化采煤，并很快實現綜采產量占礦井產量四分之三以上。由于百善煤礦主采煤層6煤層一般煤厚3m左右，采用綜合機械化采煤可以一次采全高，較礦井技術改造前的炮采工藝（一般采厚2m左右）既提高了效率，又大大減少了回采時的厚度損失，使得采區回收率由70%左右提高到90%以上，極大提高了資源回收率。

3.1.2 優化采掘設計，減少面積損失

隨著礦井生產補充勘探的進行，提高了礦井地質構造、水文地質條件的控制程度；加之礦井引入了綜掘、綜采裝備，礦井生產能力得到了大幅提高。在此基礎上，公司決策層統籌考慮后決定調整采區邊界，將南部的九采區、北部的十采區合并到其他采區，這樣就大大減少了采區巷道保護煤柱的留設，并且從設計源頭入手進行優化，將絕大多數工作面都設計為綜采工作面，為提高采區回收率打下了基礎。

百善煤礦在礦井投產初期，就組織廣大技術人員對礦井巷道布置進行分析研究，經論證后決定取消采區上山煤柱、取消階段煤柱，全面推廣沿空送巷掘進回采巷道，做到無煤柱開采，有效地提高了采區回采率。

3.1.3 采用綜炮聯采，回收邊難塊段

部分綜采工作面開掘出來后，局部地段小斷層構造密集，不宜綜采。對此，我們在同一工作面內采用綜炮聯采的方式，即把地質條件好的地段用綜采，地質構造復雜的地段用炮采進行回采。這樣既回收了邊角地質構造復雜塊段的煤炭，又使條件好的地段采出了全高，有效地減少了資源損失。

3.2 加大科技投入，解放防水煤柱

百善煤礦占礦井總地質儲量26%的北部煤層露頭防水煤柱壓煤1411萬t，占壓的資源勘探程度高、埋藏深度淺、生產系統齊全、開采技術條件較好，如果能從防水煤柱中安全采出部分煤炭資源，不僅能提高礦井煤炭資源回收率，而且能延長礦井服務年限、節約礦井生產成本、提高綜合經濟效益。

百善井田以泥質類巖石為主，其風化巖層具有強度低、塑性大、抗變形能力強、隔水性能好等特定屬性，從而為在松散含水層水體下，提高回采上限，實施臨近風化帶的安全開采創造了有利條件。

從1987年至1989年，百善煤礦同原淮南礦業學院合作，開展《中等含水層下留設防砂煤柱開采的試驗研究》科研課題。主要通過大量地面鉆探工程，探查松散層沉積特征（圖2），研究松散層分布狀況、厚度、結構、性質、含/隔水性；探查煤層頂板的巖性、結構特征；研究松散層水體的水文特征及分布規律。通過巖土試驗工程，分析研究風化基巖的滲阻水性、煤層頂板巖層的力學性質和水理性質。通過井下巷探，探查煤層賦存狀況、煤層及頂板風化情況。通過井上下觀測試驗、大面積試采的實踐，進而綜合分析評價，總結提出了煤系基巖強烈風化帶具有隔水和抑制采動冒落裂隙發展高度的雙重作用機理，得出了縮小防水煤柱的科學依據，確定礦井北部可留設垂深15～20m的防砂煤巖柱進行試采，以解放防水煤柱壓煤。

自1987年起的26年來，百善煤礦通過加大科技投入及安全投入，不斷進行縮小防水煤柱開采的相關科研， 并安全試采了近60個工作面，解放了大量的防水煤柱壓滯煤量，采出防水煤柱煤量860萬t，延長了礦井服務年限，也極大提高了礦井資源回收率。

3.3 礦井轉型發展，實行精采細采

百善煤礦自1977年投產經過三十多年的開采，礦井剩余可采儲量極其有限，礦井已經進入衰老階段。因此，回收各類剩余煤柱，提高礦井煤炭資源回收率，就成為了保障礦井經濟、社會效益，延長礦井壽命的必然途徑。

隨著2010年百善煤礦最后一個綜采工作面結束回采，礦井進入了轉型開采階段——產能由150萬t/a下降為60萬t/a，全部以炮采回收各類剩余煤柱。

通過回收各類剩余煤柱，預計可以延長礦井服務年限8～10年，經濟效益、社會效益依然十分可觀，實現了老礦新生。

3.3.1 舊區復采殘采，回收遺留底煤和煤柱

百善煤礦從1977年投產后，初期開采的0、1、3、7采區，由于受炮采工藝及裝備技術水平限制，平均厚度3.0m左右的煤層，一般采高只在2.0m以內，遺留底煤厚度1.0m左右，加之工作面之間留設的煤柱，導致滯留大量煤炭。為了將這些滯留的煤炭回收出來，延長礦井壽命，2006年百善煤礦與中國礦業大學合作進行了《百善煤礦6#煤層殘留煤安全復采技術可行性研究》。預計對舊區復采殘采，回收遺留底煤和煤柱，可從0、1、3、7采區殘留煤中回收97萬t左右的優質無煙煤。

百善煤礦舊區復采，基本上都可以利用原有的舊區巷道，只掘進工作面回采巷道，能使掘進率大大降低，在提高礦井煤炭回收率的同時延長了礦井的服務年限，也增加了企業的經濟效益，如近兩年已經成功回采了的復采635工作面。

百善煤礦復采635工作面為3采區首個復采工作面，破碎頂板是影響該工作面安全開采的主要隱患，我們對該工作面提前進行破碎頂板注漿加固改造；由于煤層較薄，煤、矸采用分采分運系統藝工；針對工作面具體條件，重新進行支護選型設計，實現安全復采殘采煤炭3.2萬噸。

3.3.2 沿空留巷，多次調向，回收采區巷道保護煤柱

采區巷道保護煤柱一般形態不規則，和采區巷道相連的機巷、風巷、提料巷、聯巷等巷道也較多，回收采區巷道保護煤柱時就面臨著礦壓集中、頂板破碎、巷道維護工作量大、通風系統調整次數多、運煤和運料路線復雜等困難。對此，我們經過反復論證優化，采取加強頂板管理、超前維護巷道、沿空留巷、多次調向開采、適時調整通風系統、合理改變運煤和運料路線等對策加以解決，對采區巷道保護煤柱做到全部回收。百善煤礦現已全部回收了12采區巷道保護煤柱23萬噸，8采區巷道保護煤柱31萬噸也即將回收完畢。

3.3.3 優化設計方案，解放斷層三角煤柱

百善煤礦654煤柱-1、654煤柱-2工作面設計時，由于受SF3-2及SF3-3斷層限制，工作面機巷或風巷與斷層之間留有少量的三角煤柱，造成資源浪費。經過研究，采用上夠、下夠的辦法，2012年在654煤柱-1、654煤柱-2工作面多回收三角煤 1.1萬噸。

3.3.4 加強現場管理，收凈浮煤底煤

全礦上下樹立資源危機意識，狠抓采煤現場管理，盡力收凈浮煤底煤。為此，礦成立資源管理辦公室，將采煤驗收人員與安監員合二為一，給予安監員監督權、處罰權：（1）各回采工作面采高不達標不予收尺；（2）底煤不挖凈不準回柱，否則按\"三違\"處理；（3）對挖出的底煤量現場驗收，并出具驗收單。

礦對各回采區隊定期、不定期進行檢查、抽查，并以經濟手段促進資源的回收：對挖出的底煤量計算工資時數倍于其他采煤量，依此激勵各回采區隊收凈浮煤底煤。

4 結束語

近年來，百善煤礦工作面回采率、采區回采率、礦井回采率都保持較高水平。至2012年末，全礦井累計實現采區回采率達86.9%、礦井回采率達76.3%的較高水平。

參考文獻

[1]百善煤礦礦井地質報告[R].宿州：皖北煤電集團百善煤礦，2008.

[2]煤炭工業部.礦井水文地質規程（試行）[M].北京：煤炭工業出版社，1984.

[3]《中等含水層下留設防砂煤柱開采的試驗研究》[R].宿州：皖北煤電集團百善煤礦，1989.

[4]《百善煤礦6#煤層殘留煤安全復采技術可行性研究》[R].宿州：皖北煤電集團百善煤礦，2006.

作者簡介：孫云飛（1971-），男，安徽濉溪人，畢業于安徽理工大學，現工作于皖北煤電集團有限公司百善煤礦。

郝景龍（1981.1-）男，安徽臨泉人，大學，助理工程師，現工作于恒源煤電股份公司祁東煤礦