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小型煤礦采空區(qū)殘煤復(fù)采技術(shù)研究①

2020-03-02 08:03梁沙平王治文申琢白雪文白俊陳佳慧
科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2020年31期
關(guān)鍵詞:壁式采空區(qū)礦井

梁沙平 王治文 申琢 白雪文 白俊 陳佳慧

(1.山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云韓家洼煤業(yè)有限公司 山西大同 037101;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧阜新 123000;3.應(yīng)急管理部信息研究院 北京 100029)

煤炭作為可再生的資源,儲(chǔ)量是十分有限的,因此對(duì)于合理的開(kāi)采和減少資源浪費(fèi)是不容小視的問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)煤田預(yù)測(cè),新疆、內(nèi)蒙古、山西和陜西占全國(guó)資源總量的81.3%[1]。在西北地區(qū)很多的礦區(qū)都存在小煤礦開(kāi)采對(duì)井田產(chǎn)生破壞的現(xiàn)狀[2]。近年來(lái),國(guó)家采取積極措施,關(guān)閉了大量的小煤礦,至2010年底,山西省煤炭礦井?dāng)?shù)量由2005年的4278座減少到1053座,減壓75%,整合煤礦由小煤礦整合而成,受區(qū)域經(jīng)濟(jì),技術(shù)條件的制約,小煤礦的開(kāi)采技術(shù)比較落后,通過(guò)大量的留設(shè)煤柱的方式進(jìn)行開(kāi)采,采煤機(jī)械化程度低、巷道布置不合理、開(kāi)采規(guī)模小,回采率極低,給礦山的生產(chǎn)帶來(lái)了極大的不便利,嚴(yán)重的影響了工作面的合理布置[4]。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn):原有小煤礦煤炭資源回收率普遍在10%~25%之間。致使丟失了80%以上的煤炭資源,而且經(jīng)小煤礦破壞后的煤層,大煤礦業(yè)很難回收,因此,給國(guó)家煤炭資源造成了嚴(yán)重的破壞。

1 采空區(qū)形式

圖1 小煤礦巷柱式采煤方式示意圖

圖2 煤綜采放頂煤復(fù)采方式示意圖

由于受到礦井兼并重組前各個(gè)煤礦的開(kāi)采年代不同以及開(kāi)采技術(shù)的差別,因此在復(fù)采工藝選擇上面有很大的不同,因?yàn)槭艿介_(kāi)采條件和開(kāi)采技術(shù)的限制,故形成的采空區(qū)也有很多大的區(qū)別。根據(jù)煤礦的實(shí)際情況采空區(qū)的主要形式大致分成柱式采煤空巷和壁式采煤法留下的采空區(qū)。

1.1 柱式采煤空巷

此采空區(qū)在煤礦進(jìn)行整合之前采取巷柱式的采煤方法進(jìn)行開(kāi)采,因此形成的采空區(qū)多為巷道的形式,這些巷道的破壞程度比較輕,開(kāi)采深度比較淺,經(jīng)過(guò)采取一定的措施,不會(huì)對(duì)于復(fù)采工作面的布置以及復(fù)采產(chǎn)生很大的影響。小煤礦的巷柱式采煤布置方式如圖1所示。

1.2 壁式采煤法留下的采空區(qū)

壁式采煤法的主要分為炮采工藝和綜采工藝兩種。原有小煤礦由于生產(chǎn)工藝比較落后,受開(kāi)采條件的影響,因此炮采工藝長(zhǎng)壁采煤工作面在韓家洼礦區(qū)的應(yīng)用較少。隨著開(kāi)采技術(shù)的不斷優(yōu)化,以及機(jī)械化的不斷提高,礦區(qū)內(nèi)的小煤礦逐漸的開(kāi)始使用綜合機(jī)械化采煤,同炮采工藝相同也進(jìn)行分層開(kāi)采[1]。采高約為3m。

2.3 留頂煤護(hù)頂采煤法

2 殘煤復(fù)采技術(shù)研究

在煤礦開(kāi)采方式中有不同的方式,柱式采煤和壁式采煤是主要的應(yīng)用方式[5]。由于不同開(kāi)采方式所留下的采空區(qū)的不同,結(jié)合對(duì)各種復(fù)采技術(shù)的分析,對(duì)礦井實(shí)際復(fù)采方式進(jìn)行進(jìn)一步的探討和研究。煤礦企業(yè)進(jìn)行殘煤復(fù)采前要對(duì)煤礦的實(shí)際情況進(jìn)行考察,根據(jù)煤礦的具體情況和具體特征進(jìn)行開(kāi)采技術(shù)的選擇。

2.1 短壁采煤法

在進(jìn)行整合前原有的小煤礦由于生產(chǎn)工藝比較落后,在開(kāi)采過(guò)程中通常采用短壁式采煤方法。且采煤工作面的長(zhǎng)度控制合理長(zhǎng)度40m左右[6]。在進(jìn)行小煤礦的整合前該礦井采用長(zhǎng)壁式采煤法,長(zhǎng)壁式采煤法具有回采工作面長(zhǎng)的特點(diǎn)。長(zhǎng)壁式采煤法形成的采空區(qū)在利用短壁式采煤法進(jìn)行殘煤復(fù)采時(shí),必須要進(jìn)行不斷地支護(hù),復(fù)采時(shí)按照煤層的不同厚度,中、薄煤層進(jìn)行一次性開(kāi)采,厚煤層需要進(jìn)行分層開(kāi)采。

2.2 充填式采煤法

充填采煤法是指伴隨落礦、運(yùn)搬及其他作業(yè)的同時(shí),用充填料充填采空區(qū)的采煤方法。使充填材料與煤形成整體,從而進(jìn)行正常的開(kāi)采。在運(yùn)用充填式采煤法進(jìn)行小煤礦的殘煤復(fù)采的特點(diǎn)是所占面積少,情況不太復(fù)雜的情況的采空區(qū)情形。

留頂煤護(hù)頂采煤法是指厚煤層在第一次開(kāi)采時(shí)只對(duì)其中一層進(jìn)行了回采,在對(duì)剩余資源進(jìn)行回采時(shí),留一定厚度的頂煤進(jìn)行護(hù)頂?shù)幕夭煞椒ā?/p>

3 殘煤復(fù)采技術(shù)優(yōu)選

礦井兼并重組后對(duì)于原有的小煤礦采空區(qū)的遺煤進(jìn)行復(fù)采是延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限的最重要的手段,在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中很多煤礦為了擴(kuò)大礦井的實(shí)際開(kāi)采量增大回收率都在進(jìn)行復(fù)采方面的研究,對(duì)于礦井實(shí)際情況以及開(kāi)采方式進(jìn)行針對(duì)性研究。煤礦企業(yè)進(jìn)行殘煤復(fù)采前要對(duì)煤礦的實(shí)際情況進(jìn)行考察,根據(jù)煤礦的具體情況和具體特征進(jìn)行開(kāi)采技術(shù)的選擇。

3.1 巷柱式殘煤復(fù)采技術(shù)

該礦井的復(fù)采屬于較厚煤層的復(fù)采。巷柱式采煤法留有的采煤空巷巷道高度低,根據(jù)巷道在原有煤層中位置不同將布置情分為巷道在采煤工作面的采高范圍內(nèi)和巷道布置在采煤工作面的采高范圍之上兩種情況,根據(jù)這兩種情況采取不同的技術(shù)手段。

3.1.1 巷道在采煤工作面的采高范圍內(nèi)

巷道在采煤工作面的采高范圍之內(nèi)時(shí),采用綜采放頂煤的采煤方法對(duì)于巷道進(jìn)行布置,由于小煤礦在進(jìn)行資源整合之前開(kāi)采技術(shù)受限采空區(qū)遭到破壞比較嚴(yán)重,因此,在進(jìn)行回采之前要對(duì)巷道支護(hù)薄弱的地方再此進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),在回采時(shí)要確保原有的舊巷道采煤工作面交叉點(diǎn)的完好防止端面切頂、冒頂?shù)葎?dòng)載礦壓現(xiàn)象的出現(xiàn),確保復(fù)采的安全性。

3.1.2 巷道在采煤工作面的采高范圍之上

當(dāng)空巷在采高范圍之上時(shí),巷道沿頂板布置并采用綜采放頂煤的采煤法,容易形成較大范圍的應(yīng)力集中區(qū)。因此在過(guò)舊巷道時(shí)要使回采工作面與舊巷道形成一定的角度防止端面切頂、冒頂?shù)葎?dòng)載礦壓現(xiàn)象[7]。因此保證頂板的安全性十分重要。采空區(qū)巷道集中、頂板支護(hù)少,因此在進(jìn)行放頂時(shí)要在靠近巷道的前后20m內(nèi)時(shí)停止放頂。在工作面通過(guò)20m之后才可重新進(jìn)行放頂。

3.2 長(zhǎng)壁采煤法造成的采空區(qū)

根據(jù)調(diào)查了解該礦區(qū)內(nèi)的小煤礦在之前使用的長(zhǎng)壁采煤工作面均為一次采全高。該礦井分為沿煤層頂板和沿煤層底板兩種一次采全高工作面,根據(jù)這兩種采煤工作面的復(fù)采方式進(jìn)行分別討論。

3.2.1 采煤工作面沿煤層頂板推進(jìn)

由于在進(jìn)行復(fù)采之前,復(fù)采煤層較厚,在沿著煤層頂板進(jìn)行推進(jìn)時(shí),滯留在工作面下部的剩余煤層會(huì)被停留在采空區(qū)中,當(dāng)在進(jìn)行分層開(kāi)采時(shí),需要采用綜采放頂煤的采煤方法。

為提高礦井的安全性,防止上部采空區(qū)發(fā)生垮落的危險(xiǎn),因此要提高礦井工作面支架的支護(hù)能力,提高復(fù)采工作面的安全性。如圖2所示。

3.2.2 采煤工作面沿煤層底板推進(jìn)

在沿著原采煤工作面煤層底板進(jìn)行推進(jìn)時(shí),由于對(duì)于頂板的膠結(jié)狀況并不了解,因此復(fù)采前對(duì)回采工作面頂板注漿加固形成假頂,以確保復(fù)采的安全性。同時(shí)為防止復(fù)采時(shí)頂板垮落的危險(xiǎn),要求支架具有足夠的支護(hù)能力。以便在發(fā)生冒頂危險(xiǎn)時(shí),能夠及時(shí)追機(jī)拉架[1]。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)煤炭作為我國(guó)重要的能源物質(zhì)之一,是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中的重要角色。殘煤復(fù)采是礦井經(jīng)過(guò)首次開(kāi)采之后,對(duì)剩余的礦藏進(jìn)行再次開(kāi)采,通過(guò)復(fù)采殘采不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā),還能夠?qū)崿F(xiàn)自然資源的充分利用,提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,

(2)礦區(qū)整合煤礦采空區(qū)可分為2種:巷柱式采空區(qū)、長(zhǎng)壁式采煤法造成的采空區(qū)。

(3)根據(jù)采空區(qū)形式,可根據(jù)兩種采空區(qū)的實(shí)際情況對(duì)復(fù)采條件進(jìn)行分析。

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