小煤礦破壞區煤炭資源復采回收技術研究

李樹林

（桐梓縣眾源煤業有限公司，貴州 遵義 563200）

0 引言

對煤炭資源形成的各類研發工藝，加大小煤礦區整治力度，較為關鍵。比如，在貴州某礦區，在煤礦資源開采時，使用的采煤工藝較為落后，資源回收占比介于10%~25%之間。在眾源、官倉相關井田內部，小煤礦破壞規模較大，高達數十平方公里。因此，加強復采技術使用，有效回收小煤礦破壞區內部的可用資源，以增強資源回收效果。

1 小煤礦破壞區的工藝類別

1.1 破壞區類型

（1）空洞型。煤層在采集完成時，煤柱間隔距離不大，煤柱相鄰位置的頂板，固定效果欠佳。破壞區內未被填充，冒落煤矸石數量不充足。

（2）填充型。煤層處于采集完全狀態時，在煤柱間規格較大的情況下，引起頂板結構掉落，同時在礦山壓力下，形成填充型的破壞區。

（3）塌陷型。在破壞區形成后，煤柱間隔較大，同時上覆巖層重力條件下，引起煤柱頂板掉落，在頂板重力與巖層作用的雙重影響下，破壞區發生形變、坍塌等情況。

1.2 采煤工藝類型

（1）壁式工藝。在采煤作業時，可操作的采煤工作面中，巷道至少為2，其一增強通風性，另一個巷道用來運輸煤礦資源。

（2）柱式工藝。此種采煤工藝含有三種采煤方法：第一種為房式復采；第二種為房柱式復采；第三種為巷柱式復采。

2 資源復采技術

2.1 有冒落矸石的工藝處理

2.1.1 冒落矸石加固性處理

在破壞區內含有冒落矸石時，此時破壞區為填充類型。利用巷道進行破壞區橫穿時，破壞區下方結構會含有一定數量的冒落矸石。在破壞區發現的冒落矸石，此種材料自身不具有較強的支護與結構平穩性能。在采煤工藝推進期間，可使用超前注漿形式，固定處理冒落矸石，使其具有一定結構平穩性。如果采空區積存大量水，需要在巷道施工前期，進行排水處理[1]。

2.1.2 臨時支護

在超前注漿作業環節中，需要保持冒落矸石整體的平穩性。巷道穿進時，使用撞楔工藝，確保臨時頂板位置相對平穩。同時在臨時支護時，使用單體柱，繼而操作架棚給予支護，再使用圓鋼撐桿，保證鋼棚處于堅固的連接狀態，以提升鋼棚整體結構的平穩性。由于頂板具有易碎性，需要有效推進短掘短支工藝。在進行臨時支護時，可采取單體柱與園木梁相結合的形式，以保障臨時支護可用性，如圖1為臨時支護樣式圖。

圖1 臨時支護樣式

2.1.3 鋼釬穿設工法

鋼釬穿設操作流程：

（1）在進行鋼釬穿設操作時，需要結合破壞區的具體情況，合理進行穿設操作。在鋼釬穿設期間，鋼釬間隔長度控制在200~800mm范圍內。鋼釬穿設間隔的設計，需要確保原有巷道煤矸性能平穩性，減少煤矸冒漏事故發生，保障鋼釬性能。

（2）在穿設鋼釬時，需要有效防控鋼釬不牢固問題發生，保障工藝操作的安全性。在穿設完成時，需要將鋼釬、圓形鋼鉆桿，有效固定在鐵絲上。

（3）在鋼釬穿設完成后，可作業間距介于1500~1800mm之間。在作業間距達標后，再開展超前空頂作業，形成交替施工體系。如果架棚頂部位置，發生煤質散落現象，在架設循環架棚時，需要間距控制在1500mm以內。

（4）在鋼釬穿設固定時，使用的作業設備是鑿巖鉆機。鉆孔作業區，位于底板高度3000mm處，緊挨著鋼棚支護，以豎向垂直角度，完成鉆孔作業。

（5）超前控頂作業環節。作業面位置，使用單體柱、木梁進行結合，以形成臨時支護，放置在鋼釬下方區。臨時支護結構的放置，需要與鋼棚相距長度保持100mm。

（6）在超前控頂作業完成后，如果鋼釬安設存在較大困難，可采取頂錨桿工藝，開展臨時控頂操作，同時保留鋼釬支護結構。在保障鋼釬安設效果的基礎上，進行超前控頂作業。

2.1.4 破壞區填充工藝

在對破壞區進行填充時，需要全面考量井下的作業條件、注漿凝固效果、原材料等多重因素，綜合配置填充材料屬性，工藝方案如下：

（1）在采煤巷道正面進行鉆孔打設，使用較低配比的水灰比例，進行注漿填充，對不完整煤巖結構進行加固處理。

（2）在打孔作業時，使用探水鉆。在鉆頭選擇時，以直徑50mm規格為首選。作業時，保持每排設計鉆孔2個，其中一個鉆孔位置，設計在冒落矸石區，如果鉆孔區未發生塌孔現象，可不進行套管操作。另一個鉆孔位置，分布在空場區，同時使用套管，直徑選擇50mm，材質選擇PVC。

2.2 無冒落矸石的工藝處理

巷道穿設作業時，如果破壞區不存在冒落煤矸石，需要保障架棚整體結構的平穩性，在架棚底部采取相應的固定措施。在小煤礦破壞區底部沒有底煤資源的情況下，需要進行破底掘進作業。同時，進行注漿填充，形成具有較強抗沖擊性能的支護結構。架棚外圍在加固處理時，使用填充袋，以保障破壞區結構處理效果[2]。

2.3 資源復采工藝實例分析

2.3.1 破壞區情況

桐梓縣眾源煤業有限公司，設計生產能力30萬t/年，成立于2010年。結合破壞區整體情況，對其進行煤巖情況分析，發現眾源煤礦內部情況較為嚴重。此礦井所在區域的礦田，主要承受的外界作用有兩種：第一種作用類型，橫向應力最大值＞豎向主要承受應力＞橫向主要承受應力的最小值；第二種作用類型，豎向主要承受應力＞橫向主要承受應力的最大值。

如果礦井內藏的煤層位置較深，可視為擁有應力場特點，同時礦井橫向應力具有主導性。此礦區內的橫向主要應力最大與最小值，均以巷道、采礦深度為變化依據，在巷道增加、深度加深時，橫向主要應力會升高。然而，此礦區應力場的邊側壓力，并不會在深度增加時發生規律性變化，取值介于0.5~1.5之間。眾源煤礦破壞區的頂層巖石，質地堅硬，抗壓強度的測定結果是94MPa。直接頂巖石屬性是頁巖，呈黑灰色，質地脆弱，對其進行抗壓強度檢測時，檢測結果是83.9Mpa。底板巖石屬性同樣是頁巖，抗壓強度相比較小，測定結果是75.8MPa。煤層結構的整體性能，抗壓檢測結果是58.6MPa。

2.3.2 積水探測

眾源煤礦破壞區情況較為嚴重，以一采區受損狀況為主。選擇一采區兩個曲面，標號分別為0902、1105，進行地質條件分析。使用瞬變電磁設備，對選定的兩個工作面，進行積水、巷道空曠性探測分析，以此獲取小煤礦破壞區內部狀況。探測結果發現：0902曲面離地有300m，與左巷相距100m位置，有煤層，而煤層距離運煤巷道將近700m；在左幫距離80m左右位置，有低阻異常表現，證實此區域存在積水；1105曲面相距煤炭運輸位置有110m左右，與左幫距離間隔有百米；在左幫相距長度有80m左右的位置，發現低阻異常，此區域能夠殘留積水，需要輔以鉆探作業進行驗證，以此保障井下破壞區作業安全。

2.3.3 礦山壓力分析

在煤層開采完成時，煤巖體在自身質量條件下，會發生結構變形與質量受損，引起覆巖層內部的破損區持續擴展。為獲取破壞區與煤柱巖層之間存在影響關聯性，以眾源煤礦0902曲面對應的地質屬性為視角，進行有效分析，獲取回采煤柱時的各項地質條件，包括應力場、巖層位移等，為空巷作業給出合理建議。結合現場實際勘測發現：對空巷進行開挖作業時，會對煤層原巖產生一定破壞性，引起應力場受到干擾，形成較強集中性的應力效應，如果此時在曲面進行煤柱回采，加固措施不到位的話，會引起應力效應的強力釋放現象，形成較為嚴重的生產事故[3]。

2.3.4 回采工藝

在進行回采作業時，需要前期進行頂面垮落操作，頂面首次垮落操作的距離間隔為45cm，垮落高度控制在3.7cm左右。在直接頂操作過程中，老頂會發生一定旋轉，在老頂首次垮落間隔達到60cm時，周期內垮落間隔均值達到36cm。依據1:50的配比，獲取首次垮落間隔長度是30m，周期內垮落單位長度均值為18m。在回采期間，操作面與空巷的相距距離會逐漸縮小，操作面與空巷間隔潛藏的煤層，可視為寬度動態變小的煤柱。在操作面作業過程中，煤柱位置應力的集中效果會有所增強，操作面動壓對于煤柱會形成一定影響，此時需要對空巷給予加固處理，防控作業事故發生。在具體復采操作時，使用先進性的機械式采煤工藝。復采工藝操作時，工藝流程共有三個環節，分別從操作曲面進行通風處理、灰塵清除、煤層自燃控制，以此保障復采工藝進展順利，確保作業安全。

3 結論

綜上所述，填充與重復采集工藝結合方式，能夠有效提升小煤礦破壞區的資源回收能力，有效釋放剩余煤炭資源，使煤炭資源回收效率處于67%左右，能夠有效提升礦井的作業價值創造能力。經實例復采技術使用發現：證實復采工藝的作業可行性，值得推廣。