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曹家溝礦井煤柱安全回收的實踐

文檔作者：李同榮1 楊峰文檔來源： 1．霍州煤電集團昶元煤業(yè)有限公司 2．中國礦業(yè)大學		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月10日
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114 能源技術與管理 2012年第3期
doi：10．396 issn．1672—9943．2012．03．o47
曹家溝礦井煤柱安全回收的實踐
李同榮1，楊峰
(1．霍州煤電集團昶元煤業(yè)有限公司，山西鄉(xiāng)寧042100；2．中國礦業(yè)大學應用技術學院，江蘇徐州221008)
[摘要] 曹家溝礦井資源枯竭后進入了回撤階段，根據(jù)具體條件，通過對煤柱回收階段的巷
道布置、采煤方法、安全管理等方面的合理設計，曹家溝煤礦在煤柱回撤階段取得
了較好的技術及經濟效益。其做法對于相似條件的礦井具有較好的應用價值。
[關鍵詞] 煤柱回收；采煤方法；安全管理
[中圖分類號]TD823．87[文獻標識碼]B [文章編號]1672-9943(2012)03 1 14一O3
1 礦井基本情況
曹家溝礦井井田南北長2．37 km，東西寬
2．12 km，面積3．668 4 km 。經三次技術升級改造，
礦井生產能力由21萬t／a提升至100萬t／a，該礦
歷經11 a開采，井田內資源已經枯竭，礦井進入
回撤結束階段。
目前曹家溝礦井剩余可采儲量為43萬t，全
部為大巷煤柱、采區(qū)巷道與各回采工作面留設的
煤柱。
采區(qū)皮帶巷與采區(qū)軌道巷留設的煤柱寬度為
50 m；采區(qū)皮帶巷與左翼工作面留設的煤柱寬度
為45 m；采區(qū)軌道巷與右翼工作面留設的煤柱寬
度為45 m。結合礦井實際情況，煤柱回收范圍確
定如下：①西(右)部邊界：位于采區(qū)軌道下山巷向
右30m處、以0。方位施工煤柱回收軌道巷1 100m
到設計位置；②東(左)部邊界：位于采區(qū)皮帶下山
巷向左30 m處、以0。方位施工煤柱回收皮帶巷
1 290 m到設計位置；③北部邊界：以采區(qū)集中變
電所退后20 m為北部邊界；④南部邊界：以礦界
南部煤柱邊界為界。
2 地質特征
2．1 地質構造
井田區(qū)域構造位置處于祁呂賀山字型構造東
翼外帶的西緣，洪洞縣龍門正弦狀構造中細坪一
公峪一山頭凹一梨凹里向斜中段軸部，羅云山壓
扭性斷裂西側。受區(qū)域構造的影響，井田整體呈向
南偏東傾斜的單斜，在此背景上，疊加有軸向呈北
北東一北西向展布的開闊平緩的褶皺和北北西走
向的迭瓦狀壓扭性斷層，受此影響，地層呈波狀起
伏，產狀變化較大，傾角3。～5。左右。
根據(jù)兩側相鄰工作面在回采過程中揭露情
況，煤柱回收工作面地質構造簡單，不會揭露較大
的隱伏構造，對煤柱回收工作影響不會太明顯。
2．2 主要含煤地層情況
井田內含煤地層主要為太原組和山西組，山
西組含1 、2 、3 三層煤，太原組含5 、6 、8 、9 、
10 、11 六層煤，主要可采煤層為11 煤層。全區(qū)穩(wěn)
定可采，平均厚度為2．81 m，煤層傾角30-5OO其偽
頂為粘土質泥巖，厚度0．2～04 m，節(jié)理發(fā)育，易冒
落；基本頂為粉砂巖，局部夾薄煤層，節(jié)理不發(fā)育。
直接底為砂質泥巖及粘土質頁巖，平均厚度
12．27 m，節(jié)理中等發(fā)育。
2．3 水文地質
曹家溝礦井所屬水文地質單元為龍子祠泉
域。礦區(qū)地貌屬低山丘陵區(qū)，以黃土垣、梁、峁為
主，沖溝發(fā)育，各溝谷均為雨季排洪通道，為季節(jié)
性河流，雨后洪水能及時流走。主要含水層自上而
下為第四系砂礫含水層、石盒子組砂巖裂隙含水
層、山西組砂巖裂隙含水組、太原組石灰?guī)r巖溶裂
隙含水組、奧淘系中統(tǒng)峰峰組石灰?guī)r巖溶裂隙含
水組。井田煤層處于02靜水位線以上，不帶壓，
影響11 煤開采的主要為上覆K2灰?guī)r含水層。該
含水層含水較弱，且經過大面積開采，已基本疏
干，對煤柱回收影響較小，礦井水文地質條件屬簡
單型。預計回采期間的涌水量6-8 m ，最大為
12 m m。
2．4 瓦斯、煤塵、煤層自然發(fā)火情況
曹家溝礦井主要可采煤層為1 1 煤層，平均
厚度為2．81 m，2008年瓦斯鑒定結果：相對涌出
量為2．28 m3／t、絕對涌出量為1．38 m3／min，屬低瓦
斯礦井；煤塵具有爆炸危險性，屬Ⅱ類自燃煤層，
煤塵爆炸指數(shù)為33．89％，無自燃發(fā)火期。
2012年第3期 李同榮，等曹家溝礦井煤柱安全回收的實踐 115
3 開采方法
3．1 設計方案比較和選擇
曹家溝礦井井下資源回收主要以煤柱回收為
主，其煤柱回收工作面順槽巷長度1 100 m，工作
面長度110 m，其中，包括過空巷3 120 m，過水倉
1個，配電室1個，過風橋3個，結合煤柱回收工
作面實際生產條件情況，制定了兩個回收設計方
案，一是回采中遇風橋直接通過，不另行施工切
巷；二是回采過程中不過風橋，遇風橋退后另行施
工切巷。
通過綜合分析，尤其是從安全方面考慮，方案
一較方案二減少搬家次數(shù)，非正常作業(yè)較少，于安
全生產有利；風橋維護制定專項維護措施后充填，
從技術手段上可保證安全生產需要。采用方案一。
3．2 采煤方法
煤柱回收工作面采煤方法采用綜合機械化走
向長壁一次采全高，全部垮落法管理頂板E 。
(1)采煤工藝。工作面采用MGTY一250／600—
1．1D型雙滾筒可調高采煤機落煤，工作面溜子選
用MGZ一764／630型刮板輸送機，順槽運輸選用
SZQ一730／75型轉載機和ssJ—lOOO／2型皮帶。
(2)頂板管理及支護。工作面端頭支護使用
特制端頭支架E ，配合單體支柱及仃梁進行維護，
上、下端頭沿放頂線按要求支設封口柱E 。
正、副兩巷超前維護使用單體支柱配合短仃
梁進行維護，要求超前支護距離單排不小于20 m，
雙排不小于10 m，柱距為1 m，排距為1．8 m，距煤
壁不小于0．8 m。要求超前支護單體支柱必須全部
穿鞋，短 梁垂直巷道布置，且全部使用防倒裝
置連鎖。
(3)回采工作面支護設計及支架設計選型。
根據(jù)11 煤工作面頂?shù)装鍘r性、煤厚、礦壓等，工
作面選用ZY3200—18／37型兩柱排擠式支架。支架
主要參數(shù)為：支撐高度1 800～3 700 mm，支架中心
距1 500 mm，支架初撐力2 607 kN，支架工作阻力
3 200 kN，支護強度0—64 MPa，底座比壓1．18—
1．24 MPa，支架質量13 000 kg，泵站額定供液壓力
31．5 MPa。
支架承壓計算：
Ps=72．3Hm+4．5厶p+78．9Be一10．2N-62．1
式中，風為額定支護強度下限，kN／m ；Hm為
采高，取2．8 m；Lp為基本頂周期來壓步距，取
27 m；Bc為控制寬度(端面距加頂梁長度)，4．09 m；
Ⅳ為填充系數(shù)，取1．2。
則Ps=0．572 MPa
支架支護強度最小為0．64 MPa>0．572 MPa
根據(jù)驗收結果，所選支架ZY3200—1 8／37掩護
式支架滿足支護需要。根據(jù)煤層頂?shù)装鍘r性，1 1
煤頂板為砂質泥巖，底板為石英砂巖，所選支架也
可滿足要求，不會出現(xiàn)支架下陷現(xiàn)象。
(4)工作面最大、最小控頂距及放頂步距。1 1
煤工作面選用ZY3200—18／37型掩護式支架，最大
控頂距為4 540 mm，最小控頂距為3 940 mm，放
頂步距為600 mm。
(5)勞動組織、作業(yè)方式、循環(huán)進度和正規(guī)循
環(huán)個數(shù)。勞動組織按三八制作業(yè)方式進行，兩班生
產，一班檢修，0點班和8點班各3個循環(huán)，4點班
2個循環(huán)，1 d 8個循環(huán)。
3．3 巷道布置情況
曹家溝礦井煤柱回收范圍內原有巷道兩條，
即采區(qū)皮帶巷、采區(qū)軌道巷。為回收煤柱，新施工
巷道兩條，即煤柱回收皮帶巷和煤柱回收軌道巷。
4條巷道均布置在11 煤層中。其中煤柱回收軌道
巷與采區(qū)軌道巷間距30 m；采區(qū)軌道巷與采區(qū)皮
帶巷間距50 m；采區(qū)皮帶巷與煤柱回收皮帶巷間
距30 m。煤柱回收工作面切巷長度1 10 m(礦井邊
界末瑞聯(lián)巷作為切巷)。
煤柱回收工作面巷道均采用矩形斷面，錨網(wǎng)
梁索聯(lián)合支護。順槽巷道凈寬為3 400 mm，凈高
為3 000mm，毛寬為3 600mm，毛高為3 100mm。
巷道沿煤層頂、底板掘進。
煤柱回收切巷，巷道凈寬為5 800 mm，凈高
為3 000 mm，毛寬為5 900 mm，毛高為3 100 mm，
巷道沿煤層頂、底板掘進。
3．4 開采順序
煤柱回收巷工作面采用由里向外后退式順序
推進。
4 礦井安全回撤階段的生產系統(tǒng)
煤柱回撤工作面的通風采用機械壓入式通
風，通風方式為兩進兩回，即煤柱回收軌道巷、采
區(qū)軌道巷為進風巷，采區(qū)皮帶巷、煤柱回收皮帶巷
為回風巷，在煤柱回采過程中通過施工調節(jié)來調
整工作面風量，煤柱回撤前期按一采、一掘進、一
泄水巷考慮。
回收煤柱期間分4次調整運輸系統(tǒng)，確保煤
柱回撤期間的正常生產，運料主要以絞車配合無
116 能源技術與管理 2012年第3期
極繩絞車進行運輸，每回撤300 m移尾輪一次，回
收結束后安裝1部25 kW絞車進行運輸。
根據(jù)回收煤柱采區(qū)供電系統(tǒng)擬定的原則，結
合井下回收煤柱采區(qū)供電現(xiàn)狀，回收煤柱期間供
電系統(tǒng)分別調整3次，確保煤柱回撤期間的安全
供電。
煤柱回收工作面回收期間排水系統(tǒng)分兩個階
段，確保了煤柱回撤期間的排水需求。
掘進期間壓風采用32 m 移動式螺桿空氣壓
縮機，硐室內安裝2臺壓風機，1臺使用，1臺備
用。1臺壓風機可服務3個掘進頭。
煤柱回收正副巷、皮帶機頭、乳化液泵站、變
電所、水倉處、各部皮帶機頭都必須配置礦用隔爆
電話；采區(qū)內各輸送機、各部絞車之間，采煤機與
工作面輸送機之間，都必須有安全可靠的信號聯(lián)
系。礦井安裝了KJ90NB煤礦安全生產監(jiān)控監(jiān)測
系統(tǒng)。
5 安全保障措施
(1)在瓦斯管理上。加強通風系統(tǒng)管理，防止
瓦斯積聚、瓦斯超限和引燃引爆，加強停電停風管
理。
(2)在煤塵管理上。一是建立健全防塵責任
制；二是灑水管路按規(guī)定接好三通和閥門，定期沖
洗巷道；三是堅持放炮使用水炮泥，嚴格按規(guī)定安
裝放炮水幕；四是回采工作面嚴格按規(guī)定使用機
組內外噴霧，否則嚴禁生產；五是各放炮地點必須
在灑水管末端安裝“四位一體”裝置；六是綜掘工
作面必須配備灑水管路及靜化水幕，并安裝內外
噴霧裝置；七是工作面必須嚴格使用除塵風機；八
是各采掘工作面巷道及設備要建立定期清掃煤塵
制度，防止煤塵堆積。
(3)加強火工品和放炮管理，杜絕放炮事故
的發(fā)生。加強煤塵自燃預報工作，防止煤塵自燃事
故發(fā)生；加強防治水工作管理，確保排水管路、排
水設施到位。
(4)特殊安全技術措施。對原有空巷進行維
護加固，回采過程中過風橋維護采用錨索配合礦
工鋼支護，對水倉底板進行充填搗實后用混凝土
澆灌，以防在回采推進過程中支架底座下陷。
6 礦壓監(jiān)測分析
(1)新掘巷道礦壓監(jiān)測分析。受原采空區(qū)影
響，巷道兩幫移近量最大值為15 mm，頂?shù)装逡平?
量為40 mm；掘進期間頂板沒有發(fā)現(xiàn)有離層現(xiàn)象；
隨機抽查頂、幫錨桿錨固力，合格率均達到設計要
求。
(2)回采期間巷道礦壓監(jiān)測分析。在回采期
間，超前支護段內巷道變形量為：新掘巷道兩幫的
移近量最大值為310 mm，其中左、右兩幫移近量
分別為160 mm和150 mm，頂?shù)装遄畲笠平繛?
450 mm，其中頂板下沉量為150 mm，底鼓量為
300 mm；原采區(qū)巷道兩幫的移近量最大值為
260 mm，其中左右兩幫移近量分別為150 mm和
110 mm，頂?shù)装遄畲笠平繛?10 mm，其中頂板
下沉量為130 mm，底鼓量為180 mm。在回采期間
通過對頂板和兩幫補強支護，確保了回采期間的
安全生產。
7 經濟效益分析
在采區(qū)巷道和原回采工作面留設的煤柱中間
施工了煤柱回收的正副巷，煤柱回收工作面的長
度由50 m增加到110 m，多回收資源量26萬t；遇
風橋直接推進，減少搬家次數(shù)，少掘進巷道440 m，
多回收資源量2．4萬t；采用綜采工藝，提高資源
回收率，回采率達到了90．7％，減輕了職工的勞動
強度，確保了安全回撤。
8 結論
曹家溝礦井煤柱安全回撤方案在技術上是切
實可行的，經濟上是合理的，采用的回采工藝適合
礦井的實際情況，采取的措施保證了回撤工作的
安全順利。曹家溝礦井在煤柱回撤上做到了精采
細采，回收率高，成本低，安全可靠，為相似礦井的
煤柱回撤提供了寶貴經驗，具有較好的推廣前景。
[參考文獻]
[1]彭少桂，劉國華，應福生．淺談橋二煤礦井筒煤柱的回
收[J]．江西煤炭科技，2010(2)
[2]張?zhí)烊唬簵澚?，王悅勇．煤柱回收可行性分析[J]．中
國礦業(yè)，2010，19(6)
[作者簡介]
李同榮(1965一)，男，工程師，現(xiàn)任霍州煤電集團鄉(xiāng)寧
昶元煤業(yè)有限公司總工程師，長期從事生產技術和管理工
作。
[收稿日期：201卜1O—O5]

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