采用线性支架短壁机械化开采工艺回收大巷煤柱探索研究
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【摘 要】采用线性支架实现顶板全部垮落法短壁机械化开采工艺回收大巷煤柱，垂直大巷布置支巷，每隔11.5m开5.4m宽支巷，支巷每排支护锚杆5根，进刀角度为40°，在顶板不能随采随冒的情况下，采取强制爆破放顶措施管理顶板，该项成果具有安全可靠性强，回采率高的特点，为提高煤炭资源的回收具有重要参考意义。
【关键词】全部垮落；线性支架；煤柱回收；垂直
引言
采用线性支架实现顶板全部跨落法短壁机械化开采工艺具有机动灵活、适应性强、投入少见效快、机械化程度高、安全可靠等特点，该工艺有效解决了不规则边角块段煤炭高效开采的问题，是长壁开采工艺的有效补充。采用线性支架实现顶板全部跨落法短壁机械化开采技术对提高煤炭资源回收率、消除采空区大面积悬顶的安全隐患，提高企业经济效益，保持企业的可持续发展有着极其重要的意义。神东煤炭集团公司骨干矿井榆家梁煤矿42煤综采工作面煤柱回收方案选择，取得显著成效。
1 采矿地质条件
榆家梁煤矿42煤顶板岩性为砂质泥岩，块状结构，顶板属于不稳定―较稳定顶板（Ⅰ-Ⅱ类）。42煤底板为粉砂岩，灰色，泥质胶结，均一致密。
该回采范围内，煤层厚度5.6-6.7m，平均6.22m ，容重1.29t/m3，结构比较简单，工作面内普遍存在一层泥岩夹矸，厚度0.02-0.14m。
2 煤柱回收的数值模拟及方案选择研究
2.1 模型建立
本研究以榆家梁煤矿42煤层地质报告调查资料和工作面布置情况为依据。模型设计为三层，从上至下依次为顶板、煤层和底板。煤层厚度为3.8m，大巷和支巷均为矩形，宽度为5.4m，煤柱宽为30m，煤柱长度选取为62.2m。模型前后左右表面及下表面采用位移约束边界条件，上表面采用应力边界条件。
2.2 煤柱回收的方案选择
大巷回采方案分别从支巷布置方式及顶板管理两个方面进行实践研究。
2.2.1 支巷布置方式选择
支巷布置方式分三个方案：
方案一：从大巷中部开支巷，支巷宽5.4m，30m大巷煤柱左右各翼留12.3m，如图1。
方案二：在大巷一帮留11.5m开支巷，支巷宽5.4m，30m大巷煤柱另一翼留13.1m，如图2。
图2
方案三：垂直大巷每隔11.5m开支巷，支巷宽度为5.4m，如图3。
图3
根据不同支巷布置方案模拟结果的分析，围岩应力、围岩变形和巷道围岩塑性区差别不大，从力学角度均满足回采的需要，但考虑到方案一、方案二均存在两侧煤柱回采时，有一翼无回采煤柱，导致效率较低，方案二留设3.1m煤柱时，可能因煤柱受压片帮隐患较大。最终较优的方案为方案三，选择垂直大巷开支巷进行回采。
2.2.2 顶板管理方式的选择
顶板管理方式分两个方案：
方案一：预裂爆破管理顶板。房采回采时，在联巷口外侧布置一个炮眼（靠回采侧），炮眼与支巷成0°夹角，炮眼深度24m，仰角30°，回采前提前对顶板进行预裂爆破，确保顶板达到一定面积时能够垮落。
方案二：水力预裂管理顶板。房采回采时，提前在联巷口布置预裂孔，布置方式为每排1个孔，在两线性支架之间沿巷道中线垂直打设，钻孔深度8m，直径32mm。
利用高压水对顶板产生的主裂缝和翼型分支裂纹，形成有利于顶板断裂垮落的弱面，同时顶板岩层吸水湿润软化，在矿山压力作用下，顶板及时充分冒落。
因方案二效果不太明显，且超前预裂存在较大风险，顶板管理选择方案一，在顶板不能随采随冒的情况下，采取强制爆破放顶措施管理顶板。
3 结论
目前，已根据选择方案在42煤南翼大巷煤柱回收时进行了实践应用，并顺利完了大巷煤柱回收工作，研究项目达到了预期目标。改项目成果取得了以下效益成果。
经济效益：提高资源回收率。榆家梁煤矿42煤南翼大巷回采区面积22820m2，可采煤量182514t，已根据选择方案在42煤南翼大巷煤柱回收时进行了实践应用，并顺利完了42煤南翼大巷煤柱回收工作，回采段掘进支巷900m，巷道掘进煤量23823.7t，回采煤房煤炭86843t，合计安全回采煤炭11070t，回采率比原旺采（单翼回采）提高56.9%，多回收煤炭60296t。 榆家梁煤矿42煤大巷煤柱按200万吨煤炭资源可采量估算，与普通单翼回采回采率相比，该项工艺多回收煤炭资源113.8万吨，经济效益可观。
安全效益：通过对不同方案模拟的结果，对围岩应力、围岩变形和巷道围岩塑性区在开采过程中的影响进行了论证分析，并在方案二中优先考虑了采空区悬顶的安全风险，在方案三中对高压水预裂顶板进行实践，最终选择了安全可靠的最优方案，降低了安全风险值，提高了安全系数，增加了安全效益。
参考文献：
[1]王新伟.旺格维利采煤法在神东矿区的应用[J].煤炭科学技术，2006（8）.
[2]宋立兵.线性支架回采工艺在榆家梁煤矿的使用与推广[J].陕西煤炭，2010（11）.