南嶺煤礦5號煤層無煤柱開采可行性探討

＊韓玉林

（南嶺煤礦 山西 030400）

引言

昔陽縣坪上煤礦隸屬于山西焦煤西山煤電有限責任公司，該礦位于清徐縣東于鎮南嶺村-米家莊一帶，行政隸屬于清徐縣東于鎮管轄。該礦采用斜井開拓方式，在工業場地東部布置主斜井、回風立井，在工業場地西部布置副斜井、運人斜井。主斜井裝備大傾角膠帶輸送機擔負全礦井煤炭提升及進風、安全出口任務；副斜井裝備單滾筒絞車擔負材料、設備、矸石、重型裝備提升及進風、安全出口任務；運人斜井裝備架空乘人器擔負人員運輸及進風、安全出口任務；回風立井擔負礦井回風及安全出口任務。

礦井主采4號、5號、8號、9號煤層，4號-5號煤層平均層間距為7.62m，5號-8號煤層平均層間距為60.8m，8號-9號煤層平均層間距為7.02m。根據煤層間距，將4號、5號劃分為上組煤，將8號、9號煤層劃分為下組煤。

礦井設置兩個開采水平，一水平標高+865m，擔負4號、5號煤層開采任務，4號、5號煤聯合開采；二水平標高+810m，擔負8號、9號煤層開采任務，8號、9號煤聯合開采。

南嶺煤礦采用5號煤層采用無煤柱開采，可減少巷道掘進量、提高采區回采率、減少工作面準備時間，且為后續無煤柱開采8號、9號煤層積累經驗。

1.無煤柱可行性實例

南嶺煤礦分別到焦煤集團屯蘭煤礦、霍州煤電店坪煤礦、華晉焦煤有限責任公司沙曲一號煤礦實地對無煤柱開采學習、考察。

焦煤集團屯蘭煤礦現開采2號煤層，22301工作面采用“新型高水材料巷旁充填”沿空留巷技術，2號煤煤層厚度為4.15-5.50m，平均厚度為4.75m，直接頂為0.8m砂質泥巖，基本頂為2.9m細粒砂巖。

沙曲一號煤礦現開采3+4號煤層，采用“切頂卸壓+恒阻大變形錨索支護+單元支架臨時支護”沿空留巷技術，通過預裂切縫爆破，切斷工作面頂板。利用恒阻大變形錨索進行補強加固，保證留巷效果。3+4號煤層厚度為3.7-4.4m，平均厚度為4.0m，直接頂為砂質泥巖，厚度為1.0m，老頂為5.3m細砂巖。

店坪煤礦現開采9號煤層，采用“切頂卸壓+錨索補強支護+門式支架臨時支護”沿空留巷技術，9號煤層厚度為2.8-3.4m，平均厚度3.1m，為9號煤層直接頂為2.8m的砂紙泥巖，老頂為2.3m的中砂巖。

通過對南嶺煤礦綜合柱狀圖分析，5號煤層直接頂為1m泥巖，老頂為3.4m粉砂巖。店坪煤礦9號煤層與南嶺煤礦5號煤層頂板地質條件最接近，故設計借鑒店坪煤礦及其它礦中厚煤層無煤柱開采的經驗，充分考慮生產成本因素并與礦方充分溝通，采用“切頂卸壓+錨索、錨桿補強支護+單體柱、π型鋼梁臨時支護”沿空留巷技術。

2.預裂卸壓主要技術參數的確定

根據店坪煤礦的調研結果并結合南嶺煤礦地質條件，主要技術參數的確定如下。

(1)預裂切頂卸壓參數

雙向聚能張拉爆破關鍵參數主要包括炮孔間距、炮孔深度、炮孔角度以及裝藥結構參數，如圖1所示。

圖1

①炮孔間距

有效切縫面的形成是切頂卸壓成功實施與否的前提和關鍵。由于雙向聚能拉張爆破在聚能方向上產生的裂縫長度有一定的極限，只有當炮孔間距合適時，炮孔與炮孔之間才能夠形成完整的切縫面。根據店坪煤礦的生產經驗，炮眼間距暫確定為0.5m。

②炮孔深度

參考切頂卸壓沿空留巷經驗，合理預裂切縫深度（H縫）設計一般大于2.6倍采高，即H縫≥2.6H煤；H煤取N8鉆孔厚度1.85m，則H縫≥4.81。

另外預裂切縫鉆孔深度與采高、頂板下沉量及底鼓量有關，一般通過如下方式確定：

式中：

ΔH1：頂板下沉量，0.1m；

ΔH2：底臌量，取0.1m；

k：碎脹系數，1.3-1.5；

H縫=5.5m，設計取6m。

根據南嶺煤礦N8鉆孔分析，預裂切頂目標巖層為3.4m厚的粉砂巖。根據以上計算，確定預裂孔深度取6m。

③切縫角度

借鑒店坪煤礦的經驗，切縫角度取15°。

考慮到頂板斷裂、垮落、切頂卸壓效果以及施工操作的便利性等因素，預裂聚能爆破孔主要參數：炮孔間距500mm，孔徑Φ48mm，切縫角度15°，孔深6.2m。

④爆破材料、起爆方式

聚能管采用特制雙向聚能管。特制雙向聚能管外徑為42mm，內徑為36.5mm，管長1500mm。聚能爆破采用三級煤礦乳化炸藥，擬采用炸藥規格為直徑Φ35mm×200mm/卷，爆破孔口采用炮泥封孔。

采用并聯連接、正向裝藥、一次性多孔連續起爆。

3.留巷擋矸支護

采用鋼筋網與單體液壓支柱配合π型鋼梁、可伸縮29#U型鋼進行聯合切頂、擋矸支護。可伸縮29#U型鋼排距500mm，單體液壓支柱排距1000mm。擋矸支護時掛鋼筋網鋪滿內幫，鋼筋網采用直徑6.0mm的鋼筋焊接網，網孔50mm×50mm，鋼筋網與鋼筋網之間重疊不小于100mm，并用鐵絲捆扎，鋼筋網與頂板金屬網捆扎在一起。若出現較嚴重漏矸，鋼筋網里邊可增添菱形金屬網加強擋矸支護。

U型鋼支柱由可伸縮29#U型鋼采用上下兩節可縮性搭接，每節長1900mm，搭接長度不小于1000mm，采用三副卡纜連接，上下卡纜距U型鋼上下端頭各100mm，中間卡纜位于搭接段中間。29#U型鋼頂部、底部焊接200mm×200mm×10mm鋼板。

4.無煤柱開采經濟效益

(1)回收煤柱經濟效益

5號煤層回采工作面順槽計劃留巷1769m，工作面推進長度為2367m，可回收長度1769m寬度為20m的護巷煤柱，煤量為：1769×1.73（厚度）×20（寬度）×1.45t/m3=88751t。噸煤利潤以150元/t計。采用沿空留巷技術可回收煤柱的經濟利潤為：73499t×150元/t=1331萬元，每米創造產值價值1.73m（厚度）×20m（寬度）×1.45t/m3×150元/t=7526元/m。

(2)緩解生產接續

5號煤層每個工作面少掘一條半煤巖巷道，掘進成本按照4500元/m，回采工作面順槽可少掘進1704m，工作面雙巷掘進聯絡巷可少掘426m（按80m一條聯絡巷考慮，共計21個），節省費用共計959萬元；不僅節省了巷道掘進費用，而且有效緩解了采煤工作面生產接續狀況，為接續工作面瓦斯預抽采創造了作業空間和預抽采時間。

(3)綜合經濟分析

沿空留巷回收煤柱多創造利潤1331萬元，少掘巷道可節省成本費用959萬元。

5號煤層回采工作面采用沿空留巷技術可創收綜合經濟價值：1331（回收煤柱效益）+959（少掘巷道節省成本）-800.4（留巷增加成本總成本）=1489.6萬元。

5.結束語

南嶺煤礦無煤柱開采可減少巷道掘進量、提高采區回采率、減少工作面準備時間，提高礦井經濟效益。