王庄煤矿残留媒体回收技术探析.pdf

收稿日期 2006Ο07Ο31 作者简介刘克功1962 - ,男,山西河津人,博士,成绩优异高级工程师,从事煤矿生产技术管理工作。 问题探讨 王庄煤矿残留煤体回收技术探析 刘克功 潞安环能股份公司 王庄煤矿,山西 长治 046031 摘 要王庄煤矿开采已近四十年,开采规模、 开采方式几经变革,矿区残留煤柱及边角煤体种类繁多,状 态各异,且储量丰富。在对残留煤体的几何及力学状态特征进行分析的基础上,就回收残留煤体时的工作 面布置、 巷道支护、 采煤方法等一些理论和技术问题进行了分析探讨。 关键词残留煤体;巷道支护;回收技术 中图分类号 TD823187 文献标识码B 文章编号 1005Ο27982006 06Ο0032Ο02 王庄煤矿由于长期采用长壁分层开采及综采放 顶煤的开采方法,并且采区巷道都布置在煤层中,井 田内留下了大量的残余煤柱和小块段边角煤。经统 计,目前及以后可供开采的煤柱及小块段边角煤有 40块,其中, 832水平2块, 12采区2块, 31、42采区 4块, 13采区10块, 43采区11块, 51采区5块及61 采区6块。总的地质储量为3 416. 7万t。 以上残留煤体均分布在3 煤层 ,赋存于下二叠 系山西组地层中下部,为陆相湖泊型沉积。煤层平 均厚度为6. 65 m,含矸0～5层,一般含夹矸4～5 层,煤层倾角2～6 。煤层老顶为厚层的灰白色中 粒、 细粒砂岩,致密坚硬,抗压强度高,不易冒落;直 接顶为厚约10 m的泥岩,节理发育,含植物化石,可 随采随冒;伪顶为一薄层炭质泥岩;直接底为灰色的 含植物化石的泥岩;老底为灰白色的砂岩,节理发 育,性脆。 1 王庄矿残留煤体特征 1 煤层及其顶底板岩层受到采动的损害严 重,使得残留煤柱承载能力大幅度降低,甚至几乎全 部丧失,残留煤柱顶底板岩层所处的应力状态特征 及物性状态特征与普通煤层相比具有很大差异,开 采过程中也将带来不同于常规的矿压显现规律。 2 残留煤体可采储量小,开采时边缘不整 齐,工作面短,而且巷道不能规则布置,工作面推进 长度短,导致工作面设备搬家频繁,回采过程中增减 支架、 缩面、 扩面次数多。 3 所采煤层及顶板破碎,大多数巷道要沿采 空区布置,变形量大、 维护工作量大、 费用高。 4 工作面受邻近采区、 地质破碎带或空巷等 不安全因素影响大,其矿压显现强烈。 5 工作面被采空区包围,巷道留小煤柱沿空 掘进,采空区的有害气体,采空区积水可能进入工作 空间,给工作面安全生产带来困难和问题。 2 残留煤工作面生产系统及采煤方法选择 由于残留煤工作面生产的不稳定性,只能是正 规工作面的一种补采形式,在生产系统的选择布置 上应满足以下要求不破坏现有矿井生产系统,尽量 利用现有生产系统;与正规主采工作面进行有机结 合进行配采,实行集中生产,完成封区要求;为保证 矿井储量不流失、 不破坏,应优先安排小煤矿周边煤 体;要保证矿井通风合理利用;不破坏现有的清水供 给系统。 目前回收残留煤体可供选择的采煤方法主要有 三种一是采用放炮落煤分层开采;二是采用现有的 低位综采放顶煤开采;三是采用轻型低位综采放顶 煤设备开采。 经比较,方案一除初期投资小、 适应性强外,机 械化程度、 安全状况、 材料消耗、 巷道掘进率、 回采工 效都与方案二、 三不可相比,这种方案不能满足持 续、 稳产、 高效生产的要求,更不能满足残采区按计 划封区、 集中生产的需要,从经济、 安全、 技术上都不 是理想的选择。 方案二是近几年采用的主要采煤方法,在生产 实践中积累了许多经验,但是,用该方法回收厚煤层 23 Coal 6 /2006 小块段及残余煤柱,由于设备吨位大,对缩面、 扩面 适应性差,增减支架难度大,搬家倒面极为不便。回 采过程中由于残采工作面应力集中或围岩破碎,矿 压显现剧烈,巷道和两端头维护困难很大。因此,用 较高的设备投入来回收厚煤层小块段及残余煤柱在 经济上不可行。 方案三是在多年使用综放开采实践的基础上, 通过分析煤层赋存条件提出的能较好适应残采区边 角煤工作面特点的回采办法,优点主要表现在① 对于赋存不稳定、 厚度变化较大的煤层有较强的适 应性。②生产高度集中,设备占用少,维修费用低。 大幅度地降低了劳动消耗和成本投入,有利于实现 工作面稳产,提高了工作面单产和劳动效率。③轻 型放顶煤综采工作面的巷道系统简单,断面小,掘进 效率底,巷道掘进费用少,材料消耗低,可降低生产 成本。④残采区的四周均为采空区,受采动影响 大,应力集中系数较高,但由于顶煤在开采过程中的 “ 缓冲、 垫层 ” 作用,矿压显现相对要轻。因此,应用 放顶煤开采回收边角煤更有利于保证安全生产。⑤ 对工作面短、 形状不规则、 缩面、 扩面、 搬家倒面频繁 的残采区边角煤工作面有较强的适应性。设备重量 轻,尺寸小,对频繁的搬家倒面极为有利。 鉴于轻型放顶煤方法的以上优点,不论从安全 生产、 稳产高产、 经济效益,还是从提高回收率、 最大 限度地回收煤炭资源等方面考虑,都应选择轻型放 顶煤采煤法来回收残采煤体。 3 残留煤体回采巷道布置及支护技术分析 3. 1 巷道布置 根据王庄矿现有的生产系统和目前圈定的残采 煤体分析,回采工作面巷道布置受多种因素制约,选 择余地不大,应主要从巷道围岩控制技术入手。 3. 2 巷道围岩控制技术 因受采、 掘活动的影响,残采煤体经历了多次应 力重新分布的过程,这使得边角煤或残采区煤柱回 收时,回采煤体成为高或残应力集中区。因此,巷道 的布置设计既要考虑如何应对高压力的问题,又要 考虑如何处理巷道围岩破碎的问题。 3. 2. 1 回采巷道围岩处于弹塑性稳定状态的支护 要保持回采巷道处于弹塑性稳定状态,围岩须 具备较好的稳定性条件,支护应遵循以下原则 1 支护应具有适当的柔性,即允许围岩在保 持连续性的前提下产生适当的变形,以充分利用围 岩的自承载能力。 2 及时支护,或使支护结构体系保持足够的 初期刚度,使支护系统具有一定的初期刚度,如采取 架后充填、 预应力锚固等措施,使围岩变形及早受到 一定控制,以防止围岩发生强度破坏、 减小甚至丧失 承载能力。 3 加固围岩,采取适当的加固措施以提高围 岩强度,既可增加弹塑性稳定状态的安全性及可持 续时间,还可扩大弹塑性稳定状态支护方式的使用 范围。 3. 2. 2 围岩处于松动性稳定状态的支护原则 通常,在可用支护条件下回采巷道围岩大多具 有大变形特征,即都要发生强度破坏并产生松动变 形区,因此,围岩所形成的稳定状态不可避免具有动 态特征,与此相适应,支护应遵循以下原则 1 及时支护巷道形成后尽早对围岩进行支 护,使围岩的变形在一定控制下产生,以减小变形及 破坏的不均匀性程度,从而尽量维持支护受力的均 匀性,为破碎区围岩形成承载结构创造条件。 2 可缩性支护支护应具有较强的可缩性, 以适应回采巷道围岩的大变形特征,如U形钢可缩 支架、 锚固结构支护等,以防止支护力与围岩压力达 到平衡之前支护系统就发生破坏、 失稳。 3 大工作阻力支护松动变形特征分析结果 表明,尽管回采巷道的大变形特征具有必然性,但同 时也具有一定的可控制性。因此,在适应围岩大变 形特征的同时,支护应具有较高的支护阻力,以使围 岩的大变形特征得到一定程度的制约,从而为防止 巷道的变形性失稳也起到一定的控制作用。 4 结 语 回收煤矿残留煤体不仅可以减少煤炭资源损 失,延长矿井的服务年限,也是老矿区走可持续发展 的一条必由之路。通过以上方案比较和对关键技术 的探讨分析,提出了适用于王庄煤矿残留煤柱的巷 道支护理论、 技术和采煤方案,为王庄煤矿残留煤 体的回收提供了理论和技术依据。 [责任编辑王玉梅] 33 煤 第15卷第6期