煤矿资源综采放顶煤及无煤柱采煤技术应用

潘 峰

（山西兰花科技创业股份有限公司 山西晋城 048000）

无煤柱采煤技术能够在采煤过程中，不保留护巷煤柱，而采用其他方法维护巷道，从而提高回采率、减少冲击地压，同时期掘进率先对较低，巷道维护费用也相对较少，是一种非常先进的采煤技术。选取山西晋城兰花科创的伯方煤矿二盘区三＃煤层作为研究对象，探讨综采放顶煤无煤柱采煤技术在该煤层的应用方法和可行性。

1 工作面概况

山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿二盘区3＃煤层，平均厚度为5.25m，有0.1～0.24m的黑色泥岩和炭质泥岩伪顶；直接顶为厚层灰黑色的粉砂岩，性脆，井田中部变为南北向的粗砂岩；顶板以上0～9.37m（一般为1～3m）有厚层中粗砂岩，一般厚10m以上，泥质胶结，为3＃煤层的老顶或直接顶，裂隙发育中等，不易冒落，开采时易管理，属Ⅱ～Ⅲ类顶板。其柱状图如图1。瓦斯相对涌出量1.7m3/t，绝对涌出量2.3m3/min，属于低瓦斯矿井，煤属于不易自燃煤层，地温、地压稳定。

图1 山西晋城兰花科创的伯方煤矿二盘区3＃煤层地质条件柱状图

2 无煤柱开采的可行性分析

无煤柱开采技术是通过沿空留巷或者沿空掘巷的方式实现的，如果直接采用沿空留巷技术实现无煤柱开采必然是非常困难的。煤巷锚网索联合技术的出现使得对煤巷围岩的支护强度大大增强，从而使得沿空留巷技术条件下实现无煤柱开采也成为了现实。

目前伯方煤矿正在开采的为3#煤层，如图1所示，该煤层下以黑灰色泥岩、粉砂岩为主，夹有一层较薄的菱铁矿层，底部是K7砂岩层，顶部即为3号煤层，煤层的厚度较大，非常稳定，是目前伯方煤矿的主要煤层。除此之外，目前该煤层本身就是采用的综采放顶煤技术，在早期也采用了煤巷锚网索联合技术，而摒弃了传统的架棚巷道技术，因此在支护强度方面也能够达到无煤柱开采的要求，沿空留巷效果也能够得到保障。因此，从技术条件上来看，是可行的。

3 巷道的布置与生产工艺

3.1 巷道的布置

伯方煤矿3#煤层剩余可采储量布置只有二盘区，目前正在生产。根据无煤柱开采的技术要求，以及矿井实际条件，初步确定盘区区段的宽度为195m，然后沿着水平大巷的两侧进行布置，区段的长度根据煤层赋存条件以及盘区的几何尺寸进行确定。

工作面的运输巷距离上一个区段运输巷130m，平行排列，工作面配副巷距离上一区段运输巷30m，同样是平行排列，上一区段的榆树乡在回采过程中，采取措施进行沿空留巷，即，工作面的回风巷。回风巷的切眼垂直于运输巷，与上一区段的沿空留巷贯通。想到断面的运输槽高度为2.7m，宽度为4.5m，配副巷高度为2.6m，宽度为3.4m。上一区段的沿空留巷后高度为1.8m，宽度为2.2m。工作面可以采用W型通风方案，沿空留巷充当瓦斯排放和回风巷。通风方案的布置如图2所示：

图2 通风方案示意图

3.2 生产工艺

在工作面采用综采放顶煤的开采工艺，按走向采用长壁后退式方法进行开采，支护支架选用ZY9400/28/62液压支架，支护高度为2800～6200mm，采煤机方面，选用地科技股份有限公司上海分公司生产的MG1100/2740-GWD型交流电牵引采煤机。为了配合综采放顶煤的工艺要求，在刮板运输机方面，选用的是山西煤机厂生产的SGZ-1000/1400型工作面刮板输送机。顶煤采用的是全部垮落法进行管理，煤层一次采全高。机组的工作方式，采用的是斜切式进刀，同时采用单向割煤工艺，机组每次往返进刀一次，按照顺序自上而下进行工作面放顶煤，放煤步距选择为600mm。

在上一区段回采完毕，采空区冒落严实，围岩活动相对稳定后，再沿采空区和煤体边缘掘进巷道，根据开采的实际情况，可以选择完全不留煤柱，沿采空区掘进，也可以保留3~5m宽的小煤柱。

4 综采放顶煤无煤柱开采之中的几个关键问题

4.1 区段运输巷沿空留巷技术问题

在目前的技术条件下，沿空留巷的效果直接决定了无煤柱开采的成败。采用煤巷锚网索联合支护技术，确实能够有效的提高巷道支护强度，这为沿空留巷提供了一个坚实的基础。但是，在运用煤巷锚网索联合支护技术之后，在回采期间围岩应力会产生较大的变化，这要根据现场的实际开采条件，结合沿空留巷的应力分布以及唯一特点，对“悬臂梁结构”进行加强支护。同时，还需要加强安全管理，安排专业的队伍打密集点柱、木垛，同时还要负责卧底出货。

4.2 无煤柱开采技术的使用

在过断层作业中，施工的顺利与否关键在于对工作面走向，方向和角度等问题的控制，尤其是下山开采角度，倾斜方向的角度的控制，而且走向方向度要在断层的各个要素的情况下进行判断，不能随意的对其下判断。一般而言，在工作中，要以下顺槽作为标准依据，然后按照巷道18度作为下山的坡度，这样工作的流程首先是从下出口开始，由排头架到工作面的步步推进，然后在讲支架开始托煤顶开始开采，并且再开始过渡到断层下，这个工作步骤的重点在于，工作面下拖煤顶开采开始时候起，就必须要对工作面进行严格的保证，这样走向下山大概18度，假如不能将下山的调度控制在18度以上，施工时工作面会撞到断层下班顶板，所以这样会影响到工作面，使得开采工作失败。

在二盘区西侧为下行开采，在完成前一个工作面的开采之后，运输巷形成了沿空留巷，留下的巷道能够作为有序工作面的回风巷。而在回风巷的作用发挥完毕之后，在两个相邻的想到之间不再需要留设阶段性的煤柱。此时，就可以实现对采取工作面的无煤柱开采，通过这种方法，伯方煤矿3#煤层二盘区可以多回收煤炭7.9万吨，从而较大的提高了回采率。

4.3 工作面过空硐的技术

在工作面的回采过程之中，运输巷、副巷以及上部的沿空留巷都必须要在工作面煤壁上进行加强支护20m，同时在配副巷离煤壁20m处设置3套单体支护加强设备。在回采的过程之中，由于存在配副巷，这就需要同时进行托顶煤回采，而在掘进的过程中，也需要进行沿顶掘进，在这个过程中需要在配副巷的两个支架上再采用杂木棚背实，防止配副巷上下两帮片帮造成的支架前出现前梁空顶。

4.4 瓦斯防治技术

在长期的开采实践中，我们发现综采工作面的瓦斯安全治理问题直接关系到安全生产以及无煤柱采矿技术的实现。在高瓦斯工作面（瓦斯涌出量超过5m3/min），工作面隅角处非常容易出现超限的问题。在实际的操作中，采用沿空留巷的无煤柱开采之后，工作面的瓦斯能够有一部分通过配副巷进入到总回风巷，但是对于另外的一部分，要采用一定的设备使其能够在采空区得到扩散。同时，还需要加强瓦斯监测，杜绝高瓦斯工作面的瓦斯超限造成的各种安全隐患。

5 结语

无煤柱开采技术能够有效的减少煤资源的浪费，通过沿空留巷，能够实现综采放顶煤开采过程中，在区段之间不再设置阶段性煤柱，大大的提升了资源的利用效率。从伯方煤矿的实际应用来看，该技术从技术层面上来看可行。从实际运用效果来看，能够提高资源利用效率，具有较高的可行性。

但是，在开采的过程中，还需要注意一些细节性的问题。比如，在工作面副巷进行布置的同时，还需要将上一个共勉采取的沿空留巷采空区留下来，为下一个工作面回采的时候与沿空留巷和贯通，并且将其作为下一个回采面的回风巷，促进瓦斯的排放，从而有效的解决瓦斯的排放问题，提高安全生产能力。从实践来看，这种方法具有较好的效果，值得推广。

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