井筒保護煤柱回采方法研究

◎彭信明

井筒保護煤柱回采方法研究

◎彭信明

為了研究復雜地質條件下井筒保護煤柱有效回采方法，提出了采用巷式充填開采方法對保護煤柱進行回采并依此提出了兩種開采方案，通過對比分析，表明巷式充填開采方法對控制井筒變形效果較好，可以為類似地質采礦條件下井巷保護煤柱的回收提供參考。

對于井筒與工業廣場煤柱開采技術的研究不僅可以延緩礦井服務時間，解決煤礦工人就業問題，而且也可以充分挖掘煤炭資源，具有很重要的現實與經濟意義，同時國內外許多學者對井巷保護煤柱回采方面做了大量研究工作，并得出了寶貴的研究成果。筆者以韓王礦工程實踐為例，研究了巷式充填開采對控制井筒變形的效果，為類似采礦地質條件下井筒保護煤柱的回采提供借鑒。

工程地質條件

焦煤集團韓王煤礦目前處于開采后期，2012年9月建成了粉煤灰基膨脹材料自流充填系統，目前正在采用巷式充填開采方法回采主副斜井保護煤柱。井筒保護煤柱四周為采空區，煤柱內應力較為集中，頂板較破碎。主、副井保護煤柱厚5.0～6.0m，平均5.3m，可采性指數為1，屬穩定型煤層，全部可采，井田內可采煤層基本特征如表1所示。煤層結構單一，井筒保護煤柱底板標高為+55.58～+4.82m，埋深為60～120m，主斜井傾角平均為24°，深部水平段嵌入煤層但未穿過煤層，主斜井井筒凈斷面寬度為2.8m，兩幫高1.2m，頂部為半徑1.4m半圓弧。副斜井在標高+1.38～+47.58m段傾角平均為10°，與煤層傾角一致，且此段井筒底板在煤層中，在標高+47.58～+127.45m（地表）段傾角平均為24°，副斜井井筒凈斷面寬度為2.6m，兩幫高0.95m，頂部為半徑1.3m的半圓弧。主副斜井均采用砌碹支護，砌碹厚度為0.3m。

開采方案的分析與實施

巷式充填開采方法。韓王煤礦主副井筒保護煤柱回采屬于孤立煤柱回采問題，井筒保護煤柱周圍都是采空區，且保護煤柱內小斷層較多，地質條件較為復雜，集中壓力較為明顯。井筒保護煤柱回采過程中要滿足以下幾個條件：1. 回采過程中應避免引起區域內斷層及周圍采空區巖層活化，以防安全事故的發生；2. 控制井筒的變形破壞，保證井筒的正常使用；3. 盡可能多地回收保護煤柱內的煤炭資源。結合韓王煤礦實際開采條件及國內外井筒保護煤柱的開采經驗，決定采用巷式充填開采方法對井筒保護煤柱進行回采。

開采方案的選擇。通過分析韓王礦主副斜井與保護煤柱的地質條件，將井筒保護煤柱回采區域劃分為四各塊段（由深到淺依次為第一、第二、第三和第四塊段），每個塊段儲量分別為4.4、3.2、6.7和6.8萬噸，為安全起見，煤柱回采先由深部第一塊段開始回采，采用分層形式，先采上分層，后采下分層，每分層均采用巷式充填法開采。為確保煤炭資源充分回收及井筒使用安全，現設計出兩種井筒保護煤柱回采方案，方案一：在主副井筒正下方整體留出40m的煤柱，井筒中間不再布置工作面；方案二：在主副井正下方各留出寬度為18m的煤柱，兩個留設煤柱中間再布置三個工作面（上分層兩個，下分層一個）。將主副井回采煤柱沿水平方向劃分為若干個寬度為4m的條帶，保證上分層條帶與井筒在傾向方向平行，同時將下分層煤層條帶布置成一定角度，使其一個條帶橫向方向跨過上分層三個條帶，以保證開采下分層時上分層充填體不會失穩。

設計每個塊段的巷采順序均相同，為從主副井筒回采煤柱一個塊段的一側開始，采一條巷道后隔三個巷采寬度再采下一條，采到塊段另一端時，再返向采第一條旁邊的一條巷道，主副井筒下面煤柱兩側的條帶最后采，方案一對1～22號條帶進行開采，方案二1～24號條帶全部采出。兩個方案均由小到大的順序開采。

表1 ◎井田內可采煤層基本特征表

井筒變形現場實測

主要監測內容包括巷式充填后巷道頂底板的移近量以及充填后回采相鄰巷式煤體時充填體片幫情況。巷式充填后巷道頂底板的移近量測量方法是：在巷式煤體回采過程中，每間隔8m測一次巷道高度，充填后在回采相鄰巷式煤體時在對應位置每隔8m再次測量巷道高度，將充填前后兩次測量結果相減即可。對于主副井筒變形情況主要監測其頂底板和兩幫移近量，主要觀測方法為；在主副井筒表面每隔25m沿頂底板垂直方向做標記點，同理在井筒兩幫表面位置也做標記點，保證4個標記點在井筒的同一斷面上，總共沿井筒布置15個斷面的標記點。在測量過程中，在保證測量精度，注意安全。

◎結論

結合實際，通過分析主副斜井保護煤柱的賦存環境，確定對井筒保護煤柱采用巷式充填開采方法，并確定巷式充填開采相關參數，及上下分層開采工作面的布置方式。

根據井筒保護煤柱的賦存條件及井筒變形控制要求，提出了兩個開采方案，即兩井筒間不布置巷采工作面與布置巷采工作面，通過概率積分法分別對兩方案進行預計并比較，結果表明方案一對井筒變形影響最小，明顯優于方案二。

通過現場實測，得出韓王礦主副斜井保護煤柱采用巷式充填開采后主副井筒各變形量分別為：最大垂直位移-29.5和-17.00mm; 最大傾斜變形3.99和1.47mm/m; 最大水平變形-0.005和-0.004mm/m; 井筒軸向最大變形0.013和0.010mm/m

通過韓王礦井筒保護煤柱開采實踐表明，巷式充填開采方法既能夠充分采出滯留的煤炭資源，又能夠有效控制井筒變形，是一種較為合適的開采方法，可以為類似地質采礦條件下井巷保護煤柱的回收提供參考。

（作者單位：六盤水師范學院）