浅谈小煤矿破坏区煤炭资源复采回收技术.pdf

收稿日期２０２０􀆽 ０６􀆽 ０１ 作者简介程树奎１９７４ － ꎬ男ꎬ山西高平人ꎬ工程师ꎬ从事煤矿生产管理工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０８. ０３３ 浅谈小煤矿破坏区煤炭资源复采回收技术 程树奎 山西科兴能源发展有限公司 前和煤矿ꎬ山西 高平 ０４８４００ 摘 要据统计ꎬ２００５２００９ 年期间仅山西省就关闭淘汰落后小煤矿３ ３００ 多座ꎬ但遗留小煤矿采空区给矿 山的生产带来极大的不便ꎬ对工作面正规合理布局造成了严重影响ꎮ 小煤矿受区域经济、技术条件的制 约ꎬ开采技术落后ꎬ一般通过留设大量煤柱的方式如采用房柱式开采煤炭ꎬ采煤机机械化程度低ꎬ开采规 模普遍较小ꎬ回收率极低ꎮ 随着煤矿开采技术的不断升级ꎬ残采区复采技术已经取得突破性成效ꎬ对于小 煤矿破坏区进行复采技术研究具有积极的经济效益和社会效益ꎮ 关键词复采回收ꎻ钢棚支护ꎻ充填材料 中图分类号ＴＤ８２３ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００８􀆽 ００８４􀆽 ０３ １ 小煤矿采空区类型及特点 根据国内相关研究成果及走访调查省内多个矿 区探测、揭露小煤矿破坏区现场状况ꎬ综合分析小煤 矿采空区类型分类如下 １. １ 按顶板稳定性、采空区空间划分 不论是小煤矿房柱式采空区、仓储式采空区ꎬ还 是壁式全部垮落法回采的采空区ꎬ采空区周围会发 生坍塌等变化ꎬ应力就会重新分布达到新的平衡ꎮ 下面将采空区划分为以下三类 第一类空洞型采空区ꎬ简称空洞区ꎮ 煤层被采 空后ꎬ由于煤柱间距较小ꎬ煤柱间顶板悬而未垮落的 状态ꎮ 采空区内留有较大空间ꎬ冒落煤矸石并未充 填或未完全密实充填ꎮ 第二类充填型采空区ꎮ 煤层被大面积采掘完 之后ꎬ垮落未充满空区的顶板结构是由于煤柱间的 尺寸大于直接顶的极限跨距ꎬ矿山压力作用下直接 顶发生垮落而老顶发生变形未垮落时的状态ꎮ 第三类塌陷型采空区ꎮ 煤层被采后ꎬ由于煤柱 间留设的距离相对而言比较大ꎬ在上覆盖岩层重力 的作用下ꎬ煤柱间的直接顶和老顶全部垮落充满采 空区的状态ꎬ煤层的顶板在重力垂直作用及上覆岩 层水平作用之下ꎬ发生变形、破碎及坍塌ꎮ １. ２ 按采煤工艺划分 由于小煤矿生产工艺较为落后ꎬ生产技术条件 各不同ꎬ出现了不同类型的采煤方法ꎮ 基本上分为 壁式和柱式采煤法两类ꎮ 第一类壁式采煤法ꎮ 采煤工作面至少有两条 巷道组成ꎬ一条巷道用于通风ꎬ另一条用于运输ꎮ 第二类柱式采煤法ꎮ 其中包括房式、房柱式和 巷柱式三种类型采煤法ꎮ ２ 回采巷道穿越小煤矿采空区掘进支护技 术 巷道掘进过程中ꎬ将原岩应力平衡状态打破ꎬ应 力重新进行分布ꎮ 巷道应力重新分布过程中ꎬ引起 巷道周围形成非弹性变形区ꎮ 在非弹性变形区内出 现了不同的变形过程弹性变形过程、弹塑性变形过 程及岩石破碎过程ꎮ 为确保巷道支护强度能够满足 安全生产的需求ꎬ通常采用矿用 １２ 号工字钢架棚或 者“Ｕ”形钢支架进行巷道支护ꎬ并对架棚采用多种 加固技术进行整体加固以保证稳定性和支护强度ꎮ ２. １ 小煤矿采空区有冒落矸石时的掘进穿越技术 小煤矿采空区有冒落矸石时ꎬ属于充填型小煤 矿采空区ꎮ 巷道穿越此类采空区时ꎬ采空区下部有 一定的实体煤或和冒落煤矸石ꎮ 冒落煤矸石自身无 支护能力和稳定性ꎮ 在掘进前采用超前注浆对冒落 矸石加固后ꎬ其固结体具备一定稳定性ꎮ 采空区内 如果存在积水ꎬ则在巷道掘进前提前排放ꎮ 巷道掘进前先对冒落矸石超前注浆ꎬ保持冒落 煤矸具有一定稳定性ꎮ 巷道掘进时ꎬ采用撞楔法维 护临时顶板稳定ꎬ并采用单体柱作为临时支护ꎬ然后 采用架棚支护ꎬ并采用圆钢撑杆对钢棚进行连接固 定ꎬ保证钢棚整体稳定性ꎮ 由于顶板比较破碎必须 严格执行短掘短支制度ꎮ 单体柱和圆木梁配合临时 支护ꎮ 临时支护方式及钢钎穿设方法如图 １ 所示ꎮ ２. １. １ 临时支护方式 撞楔法用穿钎超前控顶ꎬ单体柱和圆木梁配合 ４８ 问问题题探探讨讨 总第 ２５２ 期 临时支护ꎮ 钢钎选用圆钢进行制作ꎬ平均长度为 ３ ｍꎮ ＤＷ －３１. ５ 型单体柱２ 根ꎻ２００ ｍｍ ４ ０００ ｍｍ 圆木梁 １ 根ꎮ 图 １ 小煤矿采空区有冒落矸石时掘进巷道支护示意 ２. １. ２ 钢钎穿设方法 １ 穿设钢钎间距根据现场实际情况进行穿 设ꎬ穿设钢钎间距为２００ ８００ ｍｍ钢钎安设间距选 择以有效控制旧巷煤矸不发生冒漏和压垮钢钎为 宜ꎬ根据现场情况进行调整ꎮ ２ 在钢钎穿设过程中ꎬ为防止所穿设钢钎或 圆钢钻杆遇煤帮松动等情况时滑落伤人ꎬ每穿设完 一根钢钎或圆钢钻杆必须于尾部用铁丝栓于前一架 钢梁上方金属网上ꎮ ３ 钢钎安设后ꎬ允许施工施工距离为１ ５００ １ ８００ ｍｍꎬ施工距离达 １ ５００ １ ８００ ｍｍ 后再次安 设钢钎进行超前控顶ꎬ依次交替施工ꎻ若架棚顶部煤 质松 散 出 现 漏 煤 时ꎬ 循 环 架 棚 距 离 不 得 超 过 １ ５００ ｍｍꎮ ４ 钢钎安设时ꎬ采用凿岩钻机进行钻孔ꎮ 钻 孔位置为距离底板高度 ３ ０００ ｍｍꎬ紧贴钢棚支护垂 直向前进行钻孔ꎻ钻孔深 ３ ０００ ｍｍꎻ钻孔呈上仰角 度进行钻孔ꎬ上仰角度控制在 １ ３间ꎻ中部钻孔按 照巷道方位角进行钻孔ꎬ两侧钻孔分别向煤帮侧倾 斜 １０ １５进行钻孔ꎮ ５ 在穿设钢钎超前控顶的情况下ꎬ工作面迎 头利用单体柱与木梁在钢钎下方支设进行临时支 护ꎬ临时支护安设在待安设钢棚 １００ ｍｍ 位置为宜ꎮ ６ 在穿设钢钎超前控顶的情况下ꎬ若钢钎安 设困难可采取顶锚杆进行临时超前控顶ꎬ但不取代 钢钎支护作用ꎬ在满足钢钎安设要求情况下必须立 即安设钢钎超前控顶ꎮ ２. １. ３ 小煤矿采空区充填技术 根据徐州和盛矿业科技有限公司材料实验室试 验结果ꎬ参考走访调查省内多个煤矿井下工程实践ꎬ 综合考虑井下施工条件、工作面超前支承应力的作 用效果、浆液固结强度及材料消耗等因素ꎬ确定通过 小煤矿破坏区时充填材料的水灰比为 ５∶ １ꎬ具体充 填方案如下 １ 从回采巷道迎头打钻孔并采用低水灰比 材料注浆ꎬ将工作面迎头旧巷侧煤壁封闭并加固破 碎煤岩体ꎮ ２ 采用探水钻打孔ꎬ钻头直径５０ ｍｍꎬ总的原 则是每排布置 ２ 个钻孔ꎬ下面一个钻孔终孔位置位 于冒落矸石区ꎬ若不塌孔可不下套管ꎻ上面一个钻孔 终孔位置位于空区ꎬ并用 Ｄ５０ ｍｍ 的 ＰＶＣ 管作为套 管ꎮ 钻孔排距 ５ ６ ｍꎮ 部分钻孔的孔深及仰角如 图 ２ 所示因旧巷冒落情况不明ꎬ故孔深及仰角需 根据现场情况进行调整ꎮ 图 ２ 小煤矿采空区注浆孔布置示意ｍ ３ 为降低充填成本ꎬ充填时将旧巷分成三 层ꎬ形成软硬软的“三明治”结构底层为从底板以 上至 ３ ｍꎬ中层为 ３ ３. ８ ｍꎬ顶层为 ３. ８ ｍ 以上ꎬ底 层和顶层材料的水灰比为 ５∶ １ꎬ中层的材料水灰比 为 ４∶ １ꎮ ２. ２ 小煤矿采空区无煤矸石时的掘进穿越技术 巷道穿越无冒落煤矸石小煤矿采空区时ꎬ一般 为保证架棚稳定性ꎬ需要架棚底部有所固定ꎮ 一般 小煤矿采空区留有底煤ꎬ如果其无底煤ꎬ应破底掘 进ꎮ 在工字钢巷及外帮铺设充填袋ꎬ进行架棚外注 浆充填ꎬ形成稳定抗冲击支护体ꎮ 架棚外侧采用充 填袋充填加固ꎬ以缓冲采空区冒落矸石的冲击维护 架棚整体稳定性ꎮ 具体掘进支护方式如图 ３ 所示ꎮ 图 ３ 小煤矿采空区掘进支护示意 ３ 结 语 充填复采处理小煤矿采空区能够提高资源回收 率ꎬ解放大量呆滞煤炭ꎬ使煤炭资源回收率达到 ６５％ ７０％ꎬ显著提高矿井的经济效益ꎮ 实践证明 充填复采处理采区内小煤矿采空区是一种行至有效 ５８ ２０２０ 年 ８ 月 程树奎浅谈小煤矿破坏区煤炭资源复采回收技术 第 ２９ 卷第 ８ 期 的方法ꎮ 小煤矿破坏区遗留资源复采技术性研究取 得的成功ꎬ为小煤矿破坏区资源复采回收提供安全 高效的方法ꎬ对全国类似条件下的煤层开采具有十 分重大指导意义ꎬ具有普遍推广价值ꎮ 参考文献 [１] 齐光辉. 小窑破坏区资源复采利用技术实践[Ｊ]. 煤炭 工程ꎬ２００９９７ －９. [２] 王清源. 红会一矿小煤窑开采破坏区复采的技术实践 [Ｊ]. 煤ꎬ２００９１２２１ －２３. [３] 朱建明ꎬ马中文ꎬ徐金海ꎬ等. 小煤窑采空区充填材料 及复采技术研究[Ｊ]. 金属矿山ꎬ２０１２３１０ －１４. [责任编辑路 方] 􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇 􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊􀥊 􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇􀥇 上接第 ６５ 页 ２. ２. ４ 粗、细煤泥的分选回收 由于本厂原煤入洗前经过 ３ ｍｍ 脱粉ꎬ分选下 限为 ３ ｍｍꎬ粗、细煤泥含量较少ꎬ粗、细煤泥不分选 直接回收后掺入电煤产品ꎬ无需设置粗煤泥和细煤 泥分选工艺ꎮ 由于混煤作为电煤水分有一定的质量 要求ꎬ因此设计推荐细煤泥采用加压过滤机脱水ꎮ 考虑到加压过滤机滤液含有一定量的细粒级煤泥ꎬ 设计备用一台压滤机在加压过滤机不工作时回收细 粒级的煤泥ꎮ 综上所述ꎬ推荐该选煤厂选煤方法为原煤筛分 破碎至 －１５０ ｍｍꎬ预先进行 ５０ ｍｍ 分级和 ３ ｍｍ 脱 粉ꎬ１５０ ５０ ｍｍ 块原煤采用浅槽分选ꎬ５０ ３ ｍｍ 末 原煤采用有压给料三产品重介质旋流器分选ꎬ －３ ｍｍ原煤不分选ꎬ粗煤泥采用浓缩分级旋流器 ＋ 振动弧形筛 ＋ 煤泥离心机回收、细煤泥浓缩加压过 滤机脱水回收的联合洗选工艺ꎮ ３ 结 语 １ 为适应矿井发展战略ꎬ提高产品质量ꎬ增加 经济效益ꎬ新建选煤厂项目是十分必要的ꎮ ２ 通过对选煤工艺几种具体方案的比较ꎬ认 为采用块煤浅槽、有压三产品重介质旋流器、粗煤泥 采用浓缩分级旋流器 ＋ 振动弧形筛 ＋ 煤泥离心机回 收、细煤泥浓缩加压过滤机回收更适合该厂的实际 情况ꎮ ３ 新建选煤厂方案要根据本厂的煤质特点、 产品质量要求等具体情况加以对比分析ꎬ最终达到 工艺设计先进合理、降低投资成本和提高企业经济 效益目的ꎮ 参考文献 [１] 苑忠明. 特大型选煤厂工艺设计探讨[Ｊ]. 煤炭加工与 综合利用ꎬ２０１１２９ －１４ꎬ６７. [２] 王 勇. 重介浅槽在马兰选煤厂应用效果评价[Ｊ]. 煤 矿现代化ꎬ２０１６６１ －４. [３] 夏云凯ꎬ李功民. 我国动力煤干选技术现状及展望[Ｊ]. 洁净煤技术ꎬ２０１７ꎬ２３６１７ －２５. [４] 白素玲. 五阳矿选煤厂洗选工艺改造及方案比较[Ｊ]. 煤ꎬ２００７７４４ －４６. [５] 张军华. 重介质旋流器选煤工艺探讨[Ｊ]. 煤炭加工与 综合利用ꎬ２０１５３１９ －２１ꎬ２５. [责任编辑路 方] 􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁 􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁 􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁 􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀥁􀧁 􀧁 􀧁 􀧁 推广安全文化 推动文明建设 ６８ ２０２０ 年 ８ 月 程树奎浅谈小煤矿破坏区煤炭资源复采回收技术 第 ２９ 卷第 ８ 期