薄煤层无煤柱开采技术实践的研讨

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【摘 要】 本文结合作者多年从事煤炭行业对薄煤层无煤柱开采技术实践进行了详细的分析探讨。实践证明，无煤柱开采是合理开发利用煤炭资源、提高回采率、降低掘进率、减少巷道维护费、提高技术经济效益的有效措施之一，是在开采工艺上的一项重要改革。在条件合适的煤层要积极推行无煤柱开采技术。

【关键词】 煤炭 无煤柱开采 沿空留巷

1 矿井简介

济源鹤济顺达煤业有限公司位于济源市下冶镇曹腰村境内，距下冶镇政府约3km，距济源市约55km。矿井二立一斜混合开拓，所采煤层为二4煤层和一1煤层，煤层赋存稳定，煤层厚度在0.5～1.2m，平均厚度0.7，倾角5°～9°。首采二4煤层，一1煤层为续接煤层。矿井为低瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量0.43m3/min，相对涌出量3.42m3/t。正常涌水量10～15m3/h，最大涌水量为40 m3/h。一1煤层的直接顶板为太原组底部的灰岩，局部相变为砂岩，平均厚度4.3m，顶板岩石坚硬，裂隙较发育，稳定性较好。煤层底板岩性为铝土质泥岩，厚3- 33.40m；二4煤层的顶板岩性为砂质泥岩及泥岩，厚约15m，稳定性较好；底板岩性为炭质泥岩及砂质泥岩，厚度40-70m，井田面积 3.3203km2；矿井地质储量272.0万t。

2 实验采煤工作面沿空留巷概况

（1）鹤济顺达煤业有限公司分为两个煤层一1煤层和二4煤层，一1煤层为续接煤层，现无开采。二4煤层为我矿的开采煤层，分为两个采区，设计有七个工作面。其中已经回采工作面为21206。开采二4煤层，煤层平均厚度0.7m-1.0m，煤层倾角6°，煤层结构简单，根据物探报告显示此工作面范围内没有构造发育，地质构造简单。

（2）21206工作面顶板岩性为砂质泥岩及泥岩，厚约15m，岩石抗压强度42-50MPa，当顶板岩性为砂质泥岩，顶板岩层层面光滑，裂隙不发育，稳定性较好；当顶板岩性为泥岩时，岩石破碎，稳定性差，易坍塌，需要用11#工字钢棚和锚杆同时加强支护，锚杆采用Ф20×2400mm左螺旋金属锚杆，盖板使用金属托板100mm×100mm×10mm，锚网采用金属钢板网，网格160×80mm；排距700mm，每孔使用3根K2335树脂锚固剂，对破碎带进行全面支护。底板岩性为炭质泥岩及砂质泥岩，厚度40-70m，岩石抗压强度15-60MPa。

3 实施方案和留巷工艺的研究内容

（1）21206工作面简介：此位于矿区的东部，有南向北前进式开采，走向长度300m，上顺槽设计长度为298m，下顺槽设计长度为280m，切眼设计长度为80m，煤厚0.7m-1.0m，顶板为砂质泥岩及泥岩，底板岩性为炭质泥岩及砂质泥岩。

（2）掘进巷道设计为矩形断面，用11#工字钢棚支护，钢梁长度为2400mm，柱腿长度为2250mm，棚距间距为1000mm。当顶板为砂质泥岩时，只采用工字钢架棚支护；当顶板为泥岩时，采用工字钢棚和锚网联合支护。

（3）施工方式：21206工作面采用前进式采煤方法，回采前先超前工作面3m掘进好巷道，采用“11#工字钢棚”支护（顶板破碎则采用工字钢棚和锚网联合支护）。回采后，沿上、下顺槽留巷巷道内侧边缘2.5m以外的顶板全部垮落，以采空区1.5m范围内垮落顶板矸石砌筑支护垛作为沿空护巷墙体。工作面每推进两个循环（2m），砌筑一次沿空护巷体，利用喷浆机往矸石垛内注浆眯缝，使之胶结成整体，充分和顶、底板接触，起到墙体支护顶板的作用。

（4）沿空留巷：在30m范围内的留设巷道两侧用单体柱π型梁加打抬棚进行加固，切眼用单体液压支柱配π型钢梁临时支护，该段采空区则用强制放顶法放顶，减小该段顶板的压力。根据21206工作面设计的上、下顺槽的宽度留设混合护墙体柱，体柱的规格为1.5m×2.0m，间距1.5m，再用喷浆机对柱体眯缝加固，一般3-5天可以达到设计抗压强度，巷内基本支护用工字钢棚和锚杆。当护墙体柱达到强度后移去该段的单体柱，依这样循环向前推进。作为工作面下块的进风巷和回风巷。

4 无煤柱开采的“一通三防”情况

4.1 通风措施

无煤柱开采对通风的最大影响是上风巷风流进入上阶段老塘，形成扩散通风。在沿空留巷布置时，对留巷进行了分段临时封闭，上阶段顺槽在回采时已码垛封闭，解决了扩散通风问题；采用上提顺槽布置时，也对留巷进行了分段临时封闭。

阶段煤柱上够时，采用风障导风，保证回采有足够的风量。对于羽状断层带，采用从上盘到下盘分盘准备、分盘开采的方法，并及时加设风门，解决了采掘通风问题。

4.2 瓦斯状况

新杨煤矿是低瓦斯矿井，工作面上风巷风流中CH浓度一般在0.1%以下，最大不超过0.15%。由于采取无煤柱开采，上阶段老塘瓦斯浓度很小，采取上够煤柱开采揭开老塘时，上隅角CH4浓度一般在0.08%以下，很少超过0.1%，从未出现瓦斯超限现象。

4.3 防灭火情况

无煤柱开采对防火工作尤为有利。由于工作面回采率高达 99.5%以上，底板光滑无遗煤，因此老塘没有残煤可以氧化发热，更无煤燃烧。所有封闭墙内无CO，CO2浓度一般为0.06%～0.15%，最大不超过4.5%；CH4浓度一般在0.2%～2.5%之间，最大4.5%；温度一般在20℃～22℃之间，最高25℃。可以说，准备齐全的防灭火灌浆系统也就无从发挥作用了。

5 实践效果

（1）我矿采用沿空留巷后，减少了回采巷道的掘进，提高了巷道使用率，加快了回采工作面的布置，避免了回采工作面的采掘失调、接续紧张；（2）采掘管理得到了更好的成效，生产更加集中，增加了全矿井的安全可靠性；（3）减轻了工人劳动强度，改善了工作环境；（4）沿空留巷省去了工作面的煤柱，大大提高了资源回收率，使煤炭资源的回采率提高3%～6%；（5）大量利用了工业废渣，减轻了环境污染，保护环境。

6 结语

实践证明，薄煤层无煤柱开采是合理开发利用煤炭资源、提高回采率、降低掘进率、减少巷道维护费、提高技术经济效益的有效措施之一，对无煤柱开采的不同方式及其适应条件进行研究，选择合适本区的无煤柱开采方式，组织试验，推广时要由点到面，对试验中出现的问题要及时进行分析，制订有针对性安全技术措施，结合具体的煤层赋存和开采技术条件分析预测其经济效益，对当前不可再生资源最大限度的利用和开展节能环保工作具有重要意义，对实践使用薄煤层无煤柱开采掌握了沿空掘巷和沿空留巷矿山压力的显现规律。