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房柱式開采遺留煤柱安全復(fù)采技術(shù)研究

文檔作者：梁亮文檔來源：中國煤炭科工集團(tuán)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月28日
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總第182期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2014．10．01 1
房柱式開采遺留煤柱安全復(fù)采技術(shù)研究
梁 亮
(中國煤炭科X-集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)
摘要：某礦3。2煤層采用房柱式開采方式，采空區(qū)遺留大量保護(hù)煤柱，針對遺留煤柱提出煤柱安全復(fù)采技
術(shù)。對3 煤層房柱式開采遺留煤柱復(fù)采進(jìn)行了可行性分析，得出3 I2煤層遺留煤柱適合復(fù)采；對煤柱復(fù)采
技術(shù)進(jìn)行研究，確定了復(fù)采工藝和設(shè)備，對3I2煤層遺留煤柱進(jìn)行復(fù)采技術(shù)能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效
益。
關(guān)鍵詞：房柱式開采；遺留煤柱；復(fù)采技術(shù)
中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1005—2798(2014)10．0033—03
1 工程概況
1．1 工程研究意義
某礦井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東勝區(qū)西
北部，行政隸屬達(dá)拉特旗管轄。該礦是經(jīng)過礦井技
改后投產(chǎn)的礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬t／a，由于
該礦井技改前3 煤層采用的是房柱式開采方式，
可能有部分煤層頂板沒有冒落、容易造成大量的瓦
斯和水集聚等不利因素。
3 煤層下部4 上煤層，平均煤層可采厚
1．7 m，可采出量1 574萬t，距上部3 煤層平均間
距13 m。4 上煤層頂板的相應(yīng)區(qū)域?qū)⑹艿? 煤層
采空區(qū)遺留煤柱的影響而產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成4 上
煤層開采中兩巷片幫、冒頂，工作面煤壁片幫，影響
4 上煤層的安全開采。
針對3 I2煤層房柱式采空區(qū)遺留煤的條件，提
出對遺留煤柱進(jìn)行復(fù)采技術(shù)，可以提前處理房柱式
采空區(qū)有毒有害氣體，并對采空區(qū)煤自燃進(jìn)行妥善
處理。3 煤層復(fù)采后再進(jìn)行采空區(qū)下4 上煤層開
采，可以降低4I2上煤層開采時3 I2煤層采空區(qū)有害
氣體和水解決難度，降低頂板應(yīng)力集中對工作面生
產(chǎn)造成的影響，提高4 I2上煤層開采的安全系數(shù)。遺
留煤柱復(fù)采能夠提高煤炭采出率，增加礦井服務(wù)年
限，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益，同時對下位煤層安全高效開
采具有重要的意義¨ 。
1．2 開采煤層概況
根據(jù)鉆孔揭露及巖煤層對比結(jié)果，礦區(qū)內(nèi)3一、
4 上煤層為對比可靠，全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層，5～、
5-2煤層為對比可靠、區(qū)內(nèi)大部可采的較穩(wěn)定煤層。
根據(jù)附近小煤窯采集化驗資料及萬利二井
W16鉆孔煤芯煤樣分析資料確定風(fēng)氧化帶垂深為
9．00～18．28 m，最大斜深28 m。
1．3 煤層瓦斯與煤塵概況
1) 瓦斯。根據(jù)詳查報告對各可采煤層瓦斯
成分的測定成果，煤層CH 含量很低，為0—
0．0l mL／g，因此礦區(qū)內(nèi)煤層屬低瓦斯煤層。自然
瓦斯成分中可燃?xì)夂繛?～0．46％ ，均為二氧化
碳氮?dú)鈳В鶎偻咚癸L(fēng)化帶，見表1。
表1 瓦斯分析成果
2) 煤塵。影響煤塵爆炸的主要因素是煤的
揮發(fā)分含量，礦區(qū)內(nèi)煤層的干燥無灰基揮發(fā)分含量
均較高，在34％ 以上，據(jù)原詳查報告所采生產(chǎn)大樣
測試結(jié)果可知，火焰長度均大于400 mm，抑制爆炸
的最低巖粉量為70％ ，故區(qū)內(nèi)煤層煤塵均有爆炸
性。
2 遺留煤柱復(fù)采可行性分析
2．1 遺留煤柱基本情況
1) 采空區(qū)煤柱探測方法。該礦井房柱開采
區(qū)開采年限較長(1985-2006年)，井口于2006年
封閉，從地表看，以前房柱式采空區(qū)的小裂縫現(xiàn)在已
經(jīng)看不清楚，房柱式采空區(qū)懸頂及垮落情況不清楚，
針對此難題，通過廣泛調(diào)研，收集大量3 煤層房柱
式采空區(qū)的相關(guān)資料，采用物探和鉆探相結(jié)合的方
收稿日期：2014-04—10
作者簡介：梁亮(1986一)，男，安徽蒙城人，助理工程師，從事煤礦設(shè)計工作。
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2014年10月 梁亮：房柱式開采遺留煤柱安全復(fù)采技術(shù)研究 第23卷第10期
法，在主要巷道里通過打鉆孔的方法對3 I2煤層采
空區(qū)煤柱進(jìn)行探測 J。
2) 采空區(qū)煤柱分布及頂板垮落情況。根據(jù)
3 煤層房柱式采空區(qū)的相關(guān)資料的分析，通過物探
和鉆探的數(shù)據(jù)分析，得到3 I2煤層采空區(qū)煤柱的分
布及坍塌情況如下：
煤柱5 m×5 m～8 in×8 m(視頂板情況而定)，
采洞寬3．5—4．5 nl，如圖1所示，圖中B和A采空
區(qū)采洞高2—2．5 m，回采時進(jìn)行二次放頂全部垮
落。圖中C采空區(qū)采洞高2．7 nl左右，原礦井井筒
及各大巷保護(hù)煤柱約20 1TI，采區(qū)巷道保護(hù)煤柱約
l0～15 rll，巷道寬度為3～3．5 in、高度2．2—2．7 nl。
圖中A采空區(qū)為已經(jīng)自燃區(qū)，該區(qū)全部位于標(biāo)高較
大的開采區(qū)域；圖中B采空區(qū)為采過放頂?shù)膮^(qū)域，
該區(qū)頂板大部分垮落；圖中D采空區(qū)為采過后未放
頂?shù)膮^(qū)域，該區(qū)頂板采用錨桿支護(hù)，頂板基本不垮
落，只有少部分區(qū)域垮落，采空區(qū)的煤柱基本沒有坍
塌。
咖A采空區(qū)；目 B采空區(qū)；g C采空區(qū)；豳D采空區(qū)
圖1 3 煤層房柱式開采情況
2．2 遺留煤柱復(fù)采可行性分析
根據(jù)3 煤層房柱式采空區(qū)探測情況，針對遺
留煤柱復(fù)采從安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行可行性分
析。
1) 安全方面。由于3 煤層初期開采選用了
較落后的房柱式開采方法，留設(shè)煤柱多，回采率低。
在3 煤層的回采過程中，采空區(qū)遺留了大量的浮
煤和煤柱，雖在掘進(jìn)和回采過程中難免會引起采空
區(qū)漏風(fēng)，而3 煤層的自然發(fā)火期較長(1 a以上)，
因此，回采過程中也不易引起3 煤層采空區(qū)遺煤
和煤柱的自燃。通過打開3 I2煤層房柱式采空區(qū)進(jìn)
行采空區(qū)探測，發(fā)現(xiàn)瓦斯和CO等有害氣體含量極
低，為煤柱復(fù)采工作提供了有利的保障。采空區(qū)遺
留煤柱復(fù)采是可行性的。
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2) 技術(shù)方面。進(jìn)行遺留煤柱復(fù)采作業(yè)新巷
道主要沿原保護(hù)煤柱布置，巷道掘進(jìn)施工時將面臨
煤柱集中應(yīng)力和煤柱煤體已經(jīng)破碎兩個問題，在巷
道支護(hù)方面必須采取加強(qiáng)支護(hù)措施，局部還需要進(jìn)
行架棚封頂支護(hù)。
對3I2煤層房柱式采空區(qū)遺留煤柱進(jìn)行復(fù)采，
目前國內(nèi)外研究成果相對比較成熟，使用連續(xù)采煤
機(jī)、梭車、履帶行走式液壓支架等設(shè)備能夠很好地完
成煤柱復(fù)采工作。根據(jù)對該礦3 煤層房柱式采空
區(qū)煤柱的研究，采用錨桿支護(hù)等措施能夠保證回采
巷道的穩(wěn)定，使得復(fù)采順利進(jìn)行。
3) 經(jīng)濟(jì)效益方面。房柱式開采方法回采率
比較低，工作面回采率不到30％ ，大量煤炭遺留在
采空區(qū)內(nèi)。對房柱式采空區(qū)遺留煤柱進(jìn)行復(fù)采可以
回收一定數(shù)量煤炭資源，為礦井創(chuàng)造出了經(jīng)濟(jì)效益，
提高了礦井服務(wù)年限，具有積極的意義。
3 遺留煤柱復(fù)采技術(shù)研究
遺留煤柱的復(fù)采在采空區(qū)里面進(jìn)行，復(fù)采技術(shù)
難度非常大、設(shè)備裝備的水平要求高，要防止因局部
回采引發(fā)大面積來壓等問題 I6 。
3．1 遺留煤柱回收工藝
煤柱復(fù)采的方法是用履帶支架來支護(hù)住煤房的
頂板，逐排進(jìn)行煤柱回收工作，再推進(jìn)支架，強(qiáng)迫開
采完畢的頂板垮落，然后再進(jìn)行下一排煤柱的回收
工作。復(fù)采工作包括：頂板支護(hù)、采煤機(jī)割煤、落煤
轉(zhuǎn)載運(yùn)輸、清理浮煤、預(yù)打眼放頂、移架、強(qiáng)制放頂、
臨時支護(hù)、通風(fēng)和防滅火等。
復(fù)采工藝包括：前一排距采空區(qū)側(cè)留設(shè)1．5 nl
的煤柱，6個煤柱橫向一次進(jìn)刀，采寬3．3 m；然后，
在最后一排每兩個一組的煤柱縱向中心進(jìn)刀，采寬
4 m；每個煤柱只剩余3個矩形小煤柱(1．8 rn×
8 m，1．8 m×3．2 In，2 nl×3．2 m)；在切割完剩余
3個矩形小煤柱上打眼，工作面全部切割結(jié)束后，裝
藥和連接遙控起爆接收器，履帶行走式液壓支架前
移至切頂線以前，爆破穩(wěn)定后，再進(jìn)入下一個工作循
環(huán)。
力爭在發(fā)火期內(nèi)完成1個條帶的開采，一般采
用巷道保護(hù)煤柱或護(hù)巷煤柱做為采空區(qū)的隔離帶，
防火密閉滯后回采工作面2—3排，隨工作面往前推
進(jìn)，回采結(jié)束后，要及時封閉。
3．2 遺留煤柱回收設(shè)備
經(jīng)過一系列調(diào)研，煤柱復(fù)采主要設(shè)備包括
ML340連續(xù)采煤機(jī)、SC15／1 1 1梭車、ZX10000／30／50
履帶行走式液壓支架等。
1) ML340連續(xù)采煤機(jī)。連續(xù)采煤機(jī)是一種
梁亮：房柱式開采遺留煤柱安全復(fù)采技術(shù)研究 第23卷第10期
適用于短壁式開采的綜合機(jī)械化開采設(shè)備。它體積
小、調(diào)整靈活、使用方便，不僅適用于開采煤炭，還可
用于巷道掘進(jìn)等工程施工。
ML340連續(xù)采煤機(jī)是一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)
的采煤機(jī)，它主要用于房柱式采煤、邊角煤回收和巷
道快速掘進(jìn)等。它的機(jī)身低矮，結(jié)構(gòu)緊湊，工作穩(wěn)
定，主要特點(diǎn)如下：① 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用了懸臂式掘進(jìn)機(jī)
專用回轉(zhuǎn)支撐，結(jié)構(gòu)簡化，使總體矮機(jī)型布局得以實(shí)
現(xiàn)；②液壓馬達(dá)直接驅(qū)動星輪裝載機(jī)構(gòu)，簡化履帶支
撐形式；③行走機(jī)構(gòu)上應(yīng)用開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系
統(tǒng)，采用本機(jī)、離機(jī)有線控制與無線遙控技術(shù)。
2) SC15／111梭車。梭車是短壁機(jī)械化采煤
設(shè)備中關(guān)鍵配套設(shè)備之一。它的主要作用是將連續(xù)
采煤機(jī)剝落的煤轉(zhuǎn)運(yùn)至破碎機(jī)的料斗內(nèi)進(jìn)行破碎，
卸完后返回，進(jìn)行再一次裝煤。
SC15／1 1 1梭車適用于煤礦井下短距離裝煤、運(yùn)
煤和卸煤工作，運(yùn)送距離小于200 rfl，作為中厚煤層
短壁機(jī)械化開采設(shè)備中關(guān)鍵運(yùn)煤設(shè)備，具有以下特
點(diǎn)：①動力元件采用液壓馬達(dá)，簡化了梭車的電器系
統(tǒng)，提高了防爆安全性；②刮板鏈采用套筒滾子鏈，
滿足梭車短距離運(yùn)輸?shù)囊螅⑶也鹧b更換方便；③
鏈條張緊采用液壓缸緊鏈裝置，緊鏈力可隨意調(diào)整，
并且緊鏈操作方便，安全可靠；④流槽與機(jī)架為一整
體，整臺設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，堅固可靠。
3) ZXlO000／30／50履帶行走式液壓支架。履
帶行走式液壓支架是集行走和支護(hù)功能于一體，它
主要與采煤機(jī)相配套來進(jìn)行煤柱的回收。回收煤柱
時，支架有效支護(hù)頂板，給支架下面的工作人員和設(shè)
備提供安全作業(yè)空間。
zx10000／30／5O履帶行走式液壓支架，可實(shí)現(xiàn)
支架手動和遠(yuǎn)距離有線、無線控制的三種操作方式，
滿足房柱式開采煤柱回收工況的需要，具有以下特
點(diǎn)：①采用兩個進(jìn)口雙聯(lián)葉片泵，各回路獨(dú)立性強(qiáng)，
可靠性高，故障率低，電器系統(tǒng)簡單可靠，保護(hù)齊全；
②履帶導(dǎo)向輪上抬，地隙大，機(jī)器的通過性能好，采
用高強(qiáng)度鍛造履帶板，承載能力大；③支架具有無線
和有線遙控功能，遙控距離30 in，操作人員可以站
在安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行操作；④有較強(qiáng)的行走及逃逸功
能，即使在直接頂大面積垮落壓架時，支架也能自動
撤出。
4 結(jié)語
某礦3 煤層采用房柱式開采方式，部分煤層
頂板未冒落，容易造成大量的瓦斯和水集聚等不利
因素，尤其是在下部4 上煤層開采時，易造成4 I2上
煤層開采中兩巷片幫、冒頂，工作面煤壁片幫，影響
4 上煤層的安全開采。
根據(jù)3 I2煤層遺留煤柱提出煤柱復(fù)采技術(shù)，采
用物探和鉆探相結(jié)合的方法探明遺留煤柱基本情
況，并從安全、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行了可行性分析，
得出3-2煤層遺留煤柱適合煤柱復(fù)采。通過對煤柱
復(fù)采技術(shù)的研究，確定了煤柱回收工藝和回收設(shè)備，
并進(jìn)行了安全技術(shù)分析。對3 I2煤層遺留煤柱進(jìn)行
復(fù)采技術(shù)能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
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[責(zé)任編輯：常麗芳]
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