錦瑞煤業(yè)井下剩余煤柱綜采工藝研究

問蕭鋒

(山西煤炭運銷集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033000)

引 言

錦瑞煤業(yè)8210綜采工作面剩余煤柱開采布置運輸、回風(fēng)兩條順槽，兩順槽沿煤層頂、底板掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)支護(hù)，矩形斷面，運輸順槽寬4.5 m，高3.0 m，斷面積13.5 m2，回風(fēng)順槽(新掘)寬4.0 m，高3.0 m，斷面積12 m2。兩幫錨桿采用Φ16 mm×1 600 mm的麻花式樹脂金屬桿體，間排距1 000 mm×1 000 mm，兩順槽主要用于本工作面運煤、進(jìn)回風(fēng)、行人、運料兼作工作面安全出口。順槽內(nèi)布置有防塵、排水、壓風(fēng)管路各一趟，同時敷設(shè)監(jiān)測線路等管線，并在進(jìn)風(fēng)巷靠近工作面的地點設(shè)有設(shè)備列車一組，滿足設(shè)備供電及支架供液。在綜采過程中為了增加巷道穩(wěn)定性，長期采用預(yù)留煤柱綜采技術(shù)方案，隨著開采時間的增加和開采范圍的不斷擴(kuò)大，井下巷道內(nèi)遺留了大量的煤柱，為了提升煤礦綜采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，因此決定開發(fā)一種井下剩余煤柱綜采技術(shù)方案，提升井下煤柱復(fù)采率和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)實際分析，最終采用了充填復(fù)采的技術(shù)方案。對實際應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，根據(jù)實際應(yīng)用表明，采用煤礦井下剩余煤柱綜采工藝方案后，煤礦井下剩余煤柱的回采率提升了87%，綜采作業(yè)效率提升了17.6%，具有極大的應(yīng)用推廣價值[1-2]。

1 旺格維利采煤法

根據(jù)礦井回收煤柱的賦存特點，煤層厚度、煤層結(jié)構(gòu)、頂?shù)装鍘r性，以及其他開采條件，綜合考慮井田地質(zhì)條件，結(jié)合已有大巷、聯(lián)絡(luò)巷及硐室布置，采用壁式一次采全高旺格維利采煤法，全部垮落式管理頂板[3]。

支巷掘進(jìn)作業(yè)收尾后，把液壓支架設(shè)置到煤礦井下巷道的起始端，然后連續(xù)采煤機(jī)開始在煤礦井下巷道兩側(cè)進(jìn)行交叉斜切作業(yè)，梭車開始在采煤機(jī)和破碎機(jī)之間進(jìn)行連續(xù)的煤炭運輸作業(yè)，隨著綜采作業(yè)的進(jìn)行不斷移動液壓支架交替前進(jìn)，滿足綜采作業(yè)過程中的支護(hù)需求，最終穩(wěn)定在綜采巷道的后側(cè)，實現(xiàn)對三角區(qū)域頂板的可靠支護(hù)，井下的破碎機(jī)將煤破碎后傳輸?shù)捷斔蜋C(jī)上，最終輸送到地面。在回采作業(yè)中，采硐的寬度要能夠適應(yīng)連續(xù)采煤機(jī)穩(wěn)定運行時的行走寬度，采硐的深度要超過采煤機(jī)機(jī)身長度，若井下的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，則需要縮短硐室的長度，從而保證綜采作業(yè)過程中的快進(jìn)快退，滿足綜采作業(yè)安全的需求[4]。

在綜采作業(yè)時按照支巷布置順序從里向外一次回采，每回采完兩條支巷，密閉后方可進(jìn)入下一支巷。回采過程按照連采機(jī)位置調(diào)整→連采機(jī)切割→梭車運煤→采硐完成→清理浮煤→前移支架、支撐好頂板的方式進(jìn)行運行。首先將井下支護(hù)液壓支架設(shè)置到巷道的迎頭位置，將第一個液壓支架設(shè)置到首個硐室的入口位置，采煤機(jī)在進(jìn)行綜采作業(yè)時使用控制手柄實現(xiàn)遙控控制，滿足45°情況下的斜切進(jìn)刀要求，在對首個硐室進(jìn)行回采時，進(jìn)刀的深度設(shè)置為11 m，如第118頁圖1A)所示。當(dāng)完成首個硐室回采后，將采煤機(jī)退出來，然后移動液壓支架到距離第二個采硐約500 m處，滿足對三角區(qū)頂板的支護(hù)需求，等待1號液壓支架支護(hù)穩(wěn)定后再控制2號液壓支架到相應(yīng)位置，滿足對頂板的支護(hù)需求。如第118頁圖1B)所示，然后依次完成煤柱的回收作業(yè)。

圖1 剩余煤柱聯(lián)采工藝方案示意圖

2 快速混合綜采技術(shù)方案

在對剩余煤柱進(jìn)行復(fù)采時，由于井下多數(shù)位置為采空區(qū)域，巷道穩(wěn)定性差，部分區(qū)域不適用旺格維利采煤法，因此本文結(jié)合8210綜采工作面井下實際地質(zhì)情況和對剩余煤柱的復(fù)采要求，探索出了一種混合快速綜采技術(shù)方案。該綜采工藝流程為上(下)端頭進(jìn)刀→下(上)行割煤裝煤→運煤→移架→移溜、清煤→移轉(zhuǎn)載機(jī)→拆、運支架、刮板(割8刀)。

采煤機(jī)采用雙向割煤綜采技術(shù)方案[3]，往返一次割兩刀煤，該技術(shù)方案能夠確保采煤機(jī)沿工作面前后滾筒同時割煤，上行的割煤高度和下行的割煤高度覆蓋煤層的全厚，在截割作業(yè)過程中完成整改采煤循環(huán)，割煤速度快，回采率高，在割煤作業(yè)過程中采煤機(jī)選擇了斜切進(jìn)刀的方案，割8刀后拆機(jī)尾支架2架，槽子2塊。具體來說，采煤機(jī)采用了端部斜切進(jìn)刀的方案，在截割作業(yè)過程中帶式輸送機(jī)的機(jī)槽靠近煤壁時，采煤機(jī)的截割機(jī)構(gòu)剛好到達(dá)綜采面的端部，此時在采煤機(jī)的機(jī)身位置還留有一段的待采區(qū)，然后控制采煤機(jī)調(diào)換截割作業(yè)模式，將前側(cè)滾筒搖臂降下來，將后側(cè)的滾筒升上去，沿著輸送機(jī)的彎曲段進(jìn)行反向割煤，實現(xiàn)對剩余煤柱的割煤作業(yè)，綜采完成后控制輸送機(jī)調(diào)直，然后控制采煤機(jī)回歸正常截割位置，滿足截割作業(yè)需求。

在運煤時，采煤機(jī)前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，依靠后滾筒螺旋葉片自動裝入刮板輸送機(jī),由刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)運到轉(zhuǎn)載機(jī)再由順槽膠帶輸送機(jī)運出。

壁式一次采全高旺格維利采煤法和混合快速綜采技術(shù)相結(jié)合的方案，在充分確保煤礦井下綜采安全的情況下，有效提升了對剩余煤柱的回采效率，穩(wěn)定性高，使煤礦井下剩余煤柱的回采率提升了87%，綜采作業(yè)效率提升了17.6%，煤礦井下剩余煤柱綜合化機(jī)械綜采如圖2所示。

圖2 剩余煤柱綜合和機(jī)械綜采技術(shù)

3 剩余煤柱復(fù)采巷道頂板管理

為了確保在綜采作業(yè)過程中巷道頂板的穩(wěn)定性，在傳統(tǒng)頂板管理方案的基礎(chǔ)上，提出了一種新的巷道頂板控制方案，在巷道的兩端頭采用DW35-150/100型單體液壓柱密集支護(hù)兩排,柱與柱中心距不大于0.2 m，單體柱排距為0.8 m。在回風(fēng)順槽處采用DW35-150/100型單體液壓柱戴木柱帽超前支護(hù)的方案，共設(shè)兩排進(jìn)行超前支護(hù)，柱帽的方向與工作面垂直，單體液壓柱之間用硬連接連接，打設(shè)范圍從工作面端頭支護(hù)外不小于20 m，兩順槽超前支柱泄液口全部指向兩幫，切頂柱、端頭柱泄液口全部指向采空區(qū)方向，避免支柱出現(xiàn)空載、泄液現(xiàn)象。

為了避免在綜采作業(yè)過程中礦壓波動導(dǎo)致的碎石的掉落，在巷道兩側(cè)及頂板上同步設(shè)置有網(wǎng)格尺寸為10 mm×10 mm的雙層防護(hù)金屬網(wǎng)[4]，滿足在綜采作業(yè)過程中安全防護(hù)的需求，剩余煤柱復(fù)采作業(yè)過程中復(fù)采巷道頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 剩余煤柱巷道頂板支護(hù)技術(shù)方案

4 結(jié)論

為解決錦瑞煤業(yè)8210綜采面剩余煤柱回收率低、煤炭資源浪費量大、嚴(yán)重影響綜采經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)狀，通過開展剩余煤柱綜采技術(shù)方案研究，提出了壁式一次采全高旺格維利采煤法和混合快速綜采技術(shù)相結(jié)合的方案，對充填技術(shù)方案、綜采技術(shù)方案及支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

a)壁式一次采全高旺格維利采煤法和混合快速綜采技術(shù)相結(jié)合的方案，有效提升了對剩余煤柱的回采效率，穩(wěn)定性高，使煤礦井下剩余煤柱的回采率提升了87%，綜采作業(yè)效率提升了17.6%。

b)剩余煤柱復(fù)采巷道頂板管理技術(shù)，能夠確保在綜采作業(yè)過程中巷道的穩(wěn)定性，提升綜采作業(yè)安全。