小型煤礦采空區殘煤復采技術研究①

梁沙平 王治文 申琢 白雪文 白俊 陳佳慧

(1.山西煤炭進出口集團左云韓家洼煤業有限公司 山西大同 037101;2.遼寧工程技術大學安全科學與工程學院 遼寧阜新 123000;3.應急管理部信息研究院 北京 100029)

煤炭作為可再生的資源，儲量是十分有限的，因此對于合理的開采和減少資源浪費是不容小視的問題。根據我國煤田預測，新疆、內蒙古、山西和陜西占全國資源總量的81.3%[1]。在西北地區很多的礦區都存在小煤礦開采對井田產生破壞的現狀[2]。近年來，國家采取積極措施，關閉了大量的小煤礦，至2010年底，山西省煤炭礦井數量由2005年的4278座減少到1053座，減壓75%，整合煤礦由小煤礦整合而成，受區域經濟，技術條件的制約，小煤礦的開采技術比較落后，通過大量的留設煤柱的方式進行開采，采煤機械化程度低、巷道布置不合理、開采規模小，回采率極低，給礦山的生產帶來了極大的不便利，嚴重的影響了工作面的合理布置[4]。經調查發現：原有小煤礦煤炭資源回收率普遍在10%～25%之間。致使丟失了80%以上的煤炭資源，而且經小煤礦破壞后的煤層，大煤礦業很難回收，因此，給國家煤炭資源造成了嚴重的破壞。

1 采空區形式

圖1 小煤礦巷柱式采煤方式示意圖

圖2 煤綜采放頂煤復采方式示意圖

由于受到礦井兼并重組前各個煤礦的開采年代不同以及開采技術的差別，因此在復采工藝選擇上面有很大的不同，因為受到開采條件和開采技術的限制，故形成的采空區也有很多大的區別。根據煤礦的實際情況采空區的主要形式大致分成柱式采煤空巷和壁式采煤法留下的采空區。

1.1 柱式采煤空巷

此采空區在煤礦進行整合之前采取巷柱式的采煤方法進行開采，因此形成的采空區多為巷道的形式，這些巷道的破壞程度比較輕，開采深度比較淺，經過采取一定的措施，不會對于復采工作面的布置以及復采產生很大的影響。小煤礦的巷柱式采煤布置方式如圖1所示。

1.2 壁式采煤法留下的采空區

壁式采煤法的主要分為炮采工藝和綜采工藝兩種。原有小煤礦由于生產工藝比較落后，受開采條件的影響，因此炮采工藝長壁采煤工作面在韓家洼礦區的應用較少。隨著開采技術的不斷優化，以及機械化的不斷提高，礦區內的小煤礦逐漸的開始使用綜合機械化采煤，同炮采工藝相同也進行分層開采[1]。采高約為3m。

2.3 留頂煤護頂采煤法

2 殘煤復采技術研究

在煤礦開采方式中有不同的方式，柱式采煤和壁式采煤是主要的應用方式[5]。由于不同開采方式所留下的采空區的不同，結合對各種復采技術的分析，對礦井實際復采方式進行進一步的探討和研究。煤礦企業進行殘煤復采前要對煤礦的實際情況進行考察，根據煤礦的具體情況和具體特征進行開采技術的選擇。

2.1 短壁采煤法

在進行整合前原有的小煤礦由于生產工藝比較落后，在開采過程中通常采用短壁式采煤方法。且采煤工作面的長度控制合理長度40m左右[6]。在進行小煤礦的整合前該礦井采用長壁式采煤法，長壁式采煤法具有回采工作面長的特點。長壁式采煤法形成的采空區在利用短壁式采煤法進行殘煤復采時，必須要進行不斷地支護，復采時按照煤層的不同厚度，中、薄煤層進行一次性開采，厚煤層需要進行分層開采。

2.2 充填式采煤法

充填采煤法是指伴隨落礦、運搬及其他作業的同時，用充填料充填采空區的采煤方法。使充填材料與煤形成整體，從而進行正常的開采。在運用充填式采煤法進行小煤礦的殘煤復采的特點是所占面積少，情況不太復雜的情況的采空區情形。

留頂煤護頂采煤法是指厚煤層在第一次開采時只對其中一層進行了回采，在對剩余資源進行回采時，留一定厚度的頂煤進行護頂的回采方法。

3 殘煤復采技術優選

礦井兼并重組后對于原有的小煤礦采空區的遺煤進行復采是延長礦井服務年限的最重要的手段，在實際開采過程中很多煤礦為了擴大礦井的實際開采量增大回收率都在進行復采方面的研究，對于礦井實際情況以及開采方式進行針對性研究。煤礦企業進行殘煤復采前要對煤礦的實際情況進行考察，根據煤礦的具體情況和具體特征進行開采技術的選擇。

3.1 巷柱式殘煤復采技術

該礦井的復采屬于較厚煤層的復采。巷柱式采煤法留有的采煤空巷巷道高度低，根據巷道在原有煤層中位置不同將布置情分為巷道在采煤工作面的采高范圍內和巷道布置在采煤工作面的采高范圍之上兩種情況，根據這兩種情況采取不同的技術手段。

3.1.1 巷道在采煤工作面的采高范圍內

巷道在采煤工作面的采高范圍之內時，采用綜采放頂煤的采煤方法對于巷道進行布置，由于小煤礦在進行資源整合之前開采技術受限采空區遭到破壞比較嚴重，因此，在進行回采之前要對巷道支護薄弱的地方再此進行加強支護，在回采時要確保原有的舊巷道采煤工作面交叉點的完好防止端面切頂、冒頂等動載礦壓現象的出現，確保復采的安全性。

3.1.2 巷道在采煤工作面的采高范圍之上

當空巷在采高范圍之上時，巷道沿頂板布置并采用綜采放頂煤的采煤法，容易形成較大范圍的應力集中區。因此在過舊巷道時要使回采工作面與舊巷道形成一定的角度防止端面切頂、冒頂等動載礦壓現象[7]。因此保證頂板的安全性十分重要。采空區巷道集中、頂板支護少，因此在進行放頂時要在靠近巷道的前后20m內時停止放頂。在工作面通過20m之后才可重新進行放頂。

3.2 長壁采煤法造成的采空區

根據調查了解該礦區內的小煤礦在之前使用的長壁采煤工作面均為一次采全高。該礦井分為沿煤層頂板和沿煤層底板兩種一次采全高工作面，根據這兩種采煤工作面的復采方式進行分別討論。

3.2.1 采煤工作面沿煤層頂板推進

由于在進行復采之前，復采煤層較厚，在沿著煤層頂板進行推進時，滯留在工作面下部的剩余煤層會被停留在采空區中，當在進行分層開采時，需要采用綜采放頂煤的采煤方法。

為提高礦井的安全性，防止上部采空區發生垮落的危險，因此要提高礦井工作面支架的支護能力，提高復采工作面的安全性。如圖2所示。

3.2.2 采煤工作面沿煤層底板推進

在沿著原采煤工作面煤層底板進行推進時，由于對于頂板的膠結狀況并不了解，因此復采前對回采工作面頂板注漿加固形成假頂，以確保復采的安全性。同時為防止復采時頂板垮落的危險，要求支架具有足夠的支護能力。以便在發生冒頂危險時，能夠及時追機拉架[1]。

4 結語

（1）煤炭作為我國重要的能源物質之一，是我國經濟發展進程中的重要角色。殘煤復采是礦井經過首次開采之后，對剩余的礦藏進行再次開采，通過復采殘采不僅能夠實現對煤礦資源的進一步開發，還能夠實現自然資源的充分利用，提高煤礦企業經濟效益，

（2）礦區整合煤礦采空區可分為2種：巷柱式采空區、長壁式采煤法造成的采空區。

（3）根據采空區形式，可根據兩種采空區的實際情況對復采條件進行分析。