煤矿井下提高煤柱回收率技术研究.pdf

2020 年第 9 期2020 年 9 月 在传统的煤矿井下生产中，为确保生产安全，实 现对回采面围岩稳定性的有效控制，多采用留设护巷 煤柱的方式开展生产作业，但这种作业方式会造成大 量煤炭损失，损失率最大可达 30，同时下区段巷道 还容易受到二次采动的影响，出现瓦斯易聚集、支护 成本高等诸多问题。近些年，随着现代机械技术的不 断发展，为在最大程度上实现煤层的充分开采，科研 人员针对小煤柱或无煤柱开采工艺进行了深入研究， 极大地推动了煤炭产业的发展。鉴于此，本文针对厚 煤层开采时的小煤柱沿空掘巷及其支护工艺开展分析 和研究，实现煤柱回采率的大幅提升，以便于更好地 助力矿井高效发展[1]。 1工程概述 A 矿井下主采煤层为 5煤层，煤层整体赋存稳定， 厚度均值达到 5.2 m，煤层倾角介于 1毅耀12毅，埋深达到 430 m 左右。煤层上部直接顶为厚度均值 1.6 m 的泥岩 层，含粗粒砂岩，呈粒状结构，裂隙不发育；基本顶 为厚度均值 9.68 m 的粗砂岩层，块状构造，钙质胶结， 局部含有铄石，裂隙不发育；下部直接底为厚度均值 3.6 m 的泥岩层，块状构造，含少量砂质，裂隙不发 育；基本底为厚度均值 7.3 m 的粉砂岩和泥岩互层，块 状构造，裂隙不发育。整个 5煤层的开采选用大采高 综放工艺，顶板采用全部垮落法管理，作业面回采高 度为 4.1 m，放煤高度为 12.3 m。5211 作业面回风巷 为 5煤层下阶段开采面巷道，沿上阶段采空区留小煤 柱掘进，巷道设计尺寸为 3 500 mm伊5 200 mm （ 高 宽） ，铺底厚度为 200 mm。但根据矿井前期地质勘探 资料和上阶段作业面运输巷掘进揭露情况，5211 作业 面回风巷在掘进过程中会遇到多个断层及破碎带，需 采取针对性措施，在确保煤柱留设安全的同时实现对煤 炭资源的充分开采[2]。 2留小煤柱沿空掘巷 2.1煤柱留设宽度 5煤层选用大采高放顶工艺，不仅开采强度大，矿 压显现明显，而且整个作业面回采后侧向支撑压力影响 范围大于常规作业面。由 5煤层以往开采实践可知， 侧向支撑压力影响范围超过 80 m，而采空区稳定后的 应力降低区宽度在 16耀20 m 之间。进行沿空掘巷作业 时应当将巷道布设于该应力降低区，以提升巷道稳定 性。由于回风巷毛宽为 5 400 mm，根据相关计算，煤 柱留设宽度应小于 10.5 m。为确保巷道处于应力降低 区，结合巷道埋深和煤体强度，确定 5211 作业面回风 巷煤柱留设宽度为 8 m。 2.2切顶卸压 考虑到 A 矿井下煤体强度较大，加之作业面端部 不进行放煤作业且顺槽顶板支护作用等综合影响，回采 面端头非常容易形成面积较大的悬顶区，这种悬臂梁结 构的存在会导致覆岩压力传递至巷旁支护煤体上。这种 情况下，沿空留小煤柱掘进后期，覆岩压力便主要作用 于小煤柱和巷道支护体上，从而导致围岩控制难度增 加。鉴于此，应当对端头悬顶实施切顶卸压，从而减小 收稿日期2020-05-04 作者简介高志琦，1989年生，男，山西大同人，2015年毕业于辽 宁工程技术大学采矿工程专业，助理工程师。 煤矿井下提高煤柱回收率技术研究 高志琦 （ 四老沟矿综采一队，山西 大同 037003 ） 摘要 煤柱留设为井下安全开采所采取的安全防护措施，在确保回采安全的同时提升煤柱回收率对于增加矿井综合 收益意义重大。以此为着手点，对煤矿井下提高煤柱回收率技术开展探究。结合具体工程实际，对留小煤柱沿空掘巷及其 支护工艺进行了综合探究，并通过实践数据证明了方案效果良好，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴和参考。 关键词 矿井；小煤柱；厚煤层开采；回收率；沿空掘巷 中图分类号 TD823.5文献标志码 A文章编号 2095-0802-202009-0104-02 Research on Technology of Improving Coal Pillar Recovery Rate in Underground Coal Mine GAO Zhiqi No.1 Team for Fully Mechanized Coal Mining, Silaogou Coal Mine, Datong 037003, Shanxi, China Abstract Coal pillar setting is a safety protection measure for underground safe mining. It is of great significance to increase the comprehensive income of the mine to improve the recovery rate of coal pillar while ensuring the safety of mining. Taking this as the starting point, this paper explored the technology of improving coal pillar recovery rate in underground coal mine. Combined with the specific engineering practice, it made a comprehensive research on gob-side entry driving with small coal pillar and its supporting technology, and proved that the scheme had good effect through practical data, hoping to provide reference for similar projects in other mines. Key words mine; small coal pillar; thick seam mining; recovery rate; gob-side entry driving （总第 180 期） 技术研究 104 2020 年第 9 期2020 年 9 月 上区段回采面侧向支撑压力和强度[3]。 a 超前退锚。在上阶段 2510 作业面回采期间，伴 随回采的推进，在皮带运输巷超前支护区域，对非回 采侧顶板中的 3 根锚索进行退锚施工。作业时，先对 靠近巷帮的 2 根锚索进行退锚，而位于巷道顶板中部 的锚索则在巷道即将进入端头支架上部时再进行退锚。 b 密集布设切顶钻孔。在 2510 作业面皮带运输巷 顶板和非回采侧煤帮 200 mm 区域内布设密集的切顶钻 孔，钻孔全部垂直顶板布设，单个钻孔直径 50 mm， 长度 12 m，布设间隔 500 mm。 3沿空掘巷支护工艺分析 3.1正常区域锚网支护 3.1.1顶板支护 顶板支护选用“锚杆锚索W 型钢带槽钢钢筋 网”的联合支护工艺，所用锚杆为直径 20 mm、长度 2 600 mm 的左旋螺纹钢锚杆，配套使用尺寸为 130 mm伊 130 mm伊10 mm 的预应力托盘，并采用规格为 5 100 mm伊 250 mm伊3 mm 的 W 型钢带进行连接；锚杆布设排间距 为 900 mm伊950 mm，每排布设 6 根，最外侧一根锚杆 与巷帮间隔 175 mm，锚固力不小于 120 kN。所用锚 索选用直径 17.8 mm、长度 8 300 mm 的预应力钢绞丝 锚索，采用“三五单眼”的布设方式，即一排布设 5 根槽钢锚索，所用槽钢为长度 5 000 mm 的 16槽钢； 下一排布设 3 根槽钢锚索和 1 根单眼锚索，所用槽钢为 长度 4 000 mm 的 16槽钢，单眼锚索配套使用尺寸为 300 mm伊300 mm伊16 mm 的预应力托盘，锚索锚固力 不小于 200 kN。 图 1 所示为巷道顶板支护示意图。 单位mm 图 1巷道顶板支护示意图 顶锚索1伊7 三五布置 L8 300 mm， 椎17.8 mm 排距900 mm 16槽钢长5 000 mm 钢托盘300 mm伊120 mm伊 16 mm 左旋螺纹钢锚杆 L2 600 mm， 椎20 mm 间排距950 mm伊900 mm W型钢带5 100 mm伊 250 mm伊3 mm 钢托盘300 mm伊120 mm伊 16 mm 顶锚索1伊7 三五布置 L8 300 mm， 椎17.8 mm 排距900 mm 16槽钢长4 000 mm 钢托盘300 mm伊120 mm伊 16 mm 顶单眼锚索1伊7 L8 300 mm， 椎17.8 mm 排距1 800 mm 预应力托盘300 mm伊300 mm伊 16 mm 900900900900900900900900900900900900900 16槽钢长5 000 mm 16槽钢长4 000 mm W型钢带5 100 mm伊 250 mm伊3 mm 1 800 巷道 中线 1 8009001 800 3.1.2巷帮支护 巷帮支护选用“锚杆锚索W 型钢托盘金属网” 的联合支护方式，所用锚杆为直径 20 mm、长度 2 600 mm 的左旋螺纹钢锚杆，配套使用尺寸为 130 mm伊130 mm伊 10 mm 的预应力托盘和尺寸为 450 mm伊250 mm伊4 mm 的 W 型钢托盘，锚杆布设排间距为 900 mm伊1 000 mm， 每排布设 4 根，最上侧锚杆与顶板间隔 200 mm，最下 侧锚杆与底板间隔 300 mm，锚固力不小于 120 kN。 所用锚索选用直径 21.8 mm、长度 5 200 mm 的预应力 钢绞丝锚索，采用“三二”布设方式，即一排布设 3 根 锚索，一排布设 2 根锚索，交叉布设，锚索锚固力不小 于 150 kN。巷道表面使用菱形金属网护表[4]。图 2 所示 为巷道帮部支护示意图。 3.2地质特殊区域加强支护 考虑到 5211 作业面回风巷掘设过程中会通过地质特 殊区段，为进一步增强巷道稳定性和安全性，在通过地 质特殊区段时，在巷道锚网支护的基础上进行加强支护。 L.锚杆、锚索长度。 （下转 108 页） 高志琦 煤矿井下提高煤柱回收率技术研究 105 2020 年第 9 期2020 年 9 月 （上接 105 页） a 在巷帮，锚索要随着掘巷作业及时施工，不可滞后施 工；b 巷道掘进作业过程中配合进行架棚支护，作业 时采用“一梁二柱”的方式，使用长度为 5 200 mm 的 仔 型梁配合单体支柱进行贴帮支护，单体支护与煤柱侧 和煤体侧的间距分别为 1 600 mm 和 3 400 mm[5]。 4结语 A 矿 5211 作业面回风巷留小煤柱沿空掘进 830 m， 在此期间以 80 m 间隔布设巷道位移观测站 10 个，以 便对巷道掘进期围岩变形量进行观测。相关数据表明 随着掘进的进行，掘进面后方巷道顶板及巷帮移动变形 量逐渐增大，并在滞后掘进面 80 m 逐渐趋于稳定；顶 板下沉量最大为 150 mm，两帮移近量最大为 260 mm， 巷道围岩整体变形速率相对较小[6]。此外，相较于以往回 采 25 m 的煤柱留设尺寸，共计可多回采煤炭 2.7伊105t， 合计增加收入 1伊108元，经济效益显著。 参考文献 ［1］ 杨正纲.东河煤矿 2206 工作面无煤柱自成巷关键技术研究及 应用 ［J］ .山西煤炭， 2020， 401 41-44. ［2］ 郭飞龙.忻州窑矿利用旧巷道开采工作面隔离煤柱回采技术 研究 ［J］ .矿业装备， 20202 54-55. ［3］ 马国军.中厚煤层留窄小煤柱沿空掘巷技术 ［J］ .煤炭工程， 2019， 5112 72-76. ［4］ 田渊辉.斜沟矿井下断层防水煤柱设置宽度的优化研究 ［J］ . 山西化工， 2019， 393 135-137. ［5］ 李慧.低煤层煤柱回采率与顶板和地表沉降研究 ［J］ .煤矿现 代化， 20196 119-121. ［6］ 杜飞， 王龙飞， 王海.某矿区综放工作面预留煤柱优化设计研 究 ［J］ .山西建筑， 2015， 4131 91-92. （ 责任编辑刘晓芳 ）图 2巷道帮部支护示意图 单位mm 帮锚索1伊19 三二布置 L5 200 mm， 椎21.8 mm 间排距900 mm伊900 mm 预应力托盘300 mm伊 120 mm伊16 mm 左旋螺纹钢锚杆 L2 600 mm， 椎20 mm 间排距1 000 mm伊900 mm W型钢托盘450 mm伊 250 mm伊4 mm 预应力托盘130 mm伊 130 mm伊10 mm 900 W型钢托盘450 mm伊250 mm伊4 mm 900900 为 24 m、1.5 m、2.0 m，采用 2 台规格为 MD280-65伊2 的离心泵，2 台规格为 BQS350-100/2160kN 的潜水泵 应急。铺设长 1 500 mm、孔径 355 mm 的排水管路， 将水排放至西翼水仓。 3.4.2回风巷排水系统 在回风巷 5 号联络巷北侧 100 m 处布置水泵窝， 长、宽、深分别为 29 m、2 m、2 m，用以排放 2406、 2405 采空区内清水，采用 4 台规格为 MD280-652 的 离心泵，2 台规格为 BQS350-100/2160kN 的潜水泵应 急。采用 2 路长 2 380 m、孔径 355 mm 的 PE 管路排 水，排水管路总计长 4 760 m，将水排放至西翼水仓。 3.5临近采空区水害防治 随着 2407 综放工作面不断推进，临近 2406 采空区 内积水不断前移，采空区内积水量逐渐增加。为确保 2407 综放工作面生产安全，在 2407 回风巷内施工 12 个大孔径泄水钻孔，控制临近 2406 采空区内积水量 及水位，确保 2407 综放工作面生产安全。 3.6超前排放钻孔 在 2407 综放工作面回采巷道内施工超前疏排水钻 孔，钻孔钻进至上覆粗砂岩含水层，用以提前排放含 水层内水，降低采面开采时涌水量。 4结语 a 经过前期预疏排、施工低位泄水巷及泄水孔、 临近采空区阶梯式排水及采面后方排水等水害防治措 施，有效解决了 2407 综放工作面开采期间涌水量大、 排水系统清淤工程量大等问题，确保了回采工作面生 产安全；b 在 2407 回风巷经注水钻孔向 2406 采面采 空区注入煤泥水，通过西翼辅助运输巷内布置的临时 水仓排出经过采空区过滤的煤泥水，从而有效减轻 2406 采面排水系统面临的清淤压力，确保排水系统正 常运行；c 通过在 2407 综放工作面采取综合防治水技 术，积累了涌水量大综放工作面水害治理经验，为矿井 后续综放工作面防治水措施更好的应用提供一定参考。 参考文献 ［1］ 黄美涛， 杨建坤， 刘振广， 等.特厚煤层综放开采顶板水害综合 防治对策探讨 ［J］ .江西煤炭科技， 20194 5-8. ［2］ 高虎.彬长矿区极其复杂地质条件综放工作面防治水研究与 实践 ［J］ .中国煤炭工业， 201910 62-63. ［3］ 昝军才， 窦桂东， 吴章涛， 等.厚煤层综放开采对覆岩含水层影 响评价及防治水措施研究 ［J］ .煤炭工程， 2019， 516 120-123. ［4］ 李东， 万晓， 孙川.综放工作面顶板水防治方法探索与研究 ［J］ . 山东煤炭科技， 20182 98-99. ［5］ 任辰锋.黄玉川煤矿 216 上 02 综放面综合防治水技术实践 ［J］ . 内蒙古煤炭经济， 201719 117-120. ［6］ 苏涛， 李豪杰， 王玉峰.综放工作面防治水技术应用实践 ［J］ . 煤炭与化工， 2015， 383 146-147. （ 责任编辑高志凤 ） 108