残煤开采的巷道布置

摘要:文章根据衰老矿井的实际,分析了残煤开采的适用条件,提出了残煤开采中合理布置巷道的方案。对衰老、储量枯竭的矿井,应利用现有生产系统和设备进行改造与延深,以提高资源回收。在巷道布置和采煤方法的选择上,应本着残煤不残采的原则,充分利用综采放顶煤等先进技术,保证在安全生产的基础上创造更高的经济效益。

关键词:残煤开采;巷道布置;防火;顶板

中图分类号:TD822文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0170-02

西安煤矿是20世纪50年代投产的老矿井,原设计井田开拓方式为立井阶段石门,开采范围走向长3.7km,宽1.0km,面积为3.7km2,开采标高-65～-390m水平之间,可采煤层有两层,上煤厚6～8m,下煤厚16～20m,自燃发火期为3～6个月,设计年产量为90万吨/年。立井报废后改为斜井片盘分区石门开拓。到“十五”末期,已经全部进入残采和复采阶段。

一、残煤赋存特征

所谓残煤是指生产矿井储量损失表已经填报的那一部分损失量(主要是设计损失和地质及水文地质损失)以及转出、注销、报损及表外储量。一般为井田煤柱,区间(阶段)煤柱,落后采煤法的损失量,丢失的顶底煤,遗弃薄、劣煤以及零星块段等。

1.煤柱。(1)区间(阶段)煤柱及大小绞车道煤柱,这一类型的煤柱在生产矿井损失量中占有一定比重,其储量一般占采区工业储量的15%～20%;(2)因灾害事故而留设的隔离煤柱,如火、瓦斯事故;以及因着火而没有开采的区域;(3)井田境界煤柱:即各井田之间留设的技术境界煤柱,一般留20～30m。

2.浮煤:重点是落后采煤法的采区,由于在落煤过程中被顶板岩石冒落所覆盖,因此遗留了大量浮煤。

3.底煤:主要是落后采煤法在掘进期间没有沿煤层底板送道,造成开采中丢底煤。而且由于采优弃劣,个别井区的小槽煤及煤层底板附近1.5～2.0m的劣煤亦往往遗弃不采,丢失大量资源。

4.地质构造复杂区段,由于受断层切割褶曲影响,往往丢失大量煤柱或顶、底煤。

二、采煤方法

由于残煤煤体不连续、疏松易冒的特点,以及瓦斯含量相对减少的实际情况,以利于顶板管理,利于消防火和瓦斯管理出发,经多年开采实践,逐步形成了按煤层厚度、倾角分类的几种采煤方法:

1.煤层倾角小于25°,煤层厚度大于6.0m,选用单一长壁全陷扒顶煤采法(单扒)开采。此采法为负压通风,由于倾角小于25°,支架稳定性易于实现。煤层厚度大于6.0m,使工作面顶板易维护,避免掘进准备过程中的冒顶而影响回采。

2.煤层倾角大于25°小于40°的不连续残煤,选用巷柱采法开采。此时,煤层可沿人工槽自滑。这种倾斜,使瓦斯多积聚在采空区的高顶处,放煤口附近瓦斯很小。只要放煤口及时落严,安全程度是有保障的。当开采条件具备时,可选用综采放顶煤技术。

3.煤层倾角大于45°,煤层厚度大于8.0m的残煤,用小段高(一般10m)、单扒采法开采。此时,沿顶底板形成入排风系统,近水平布置工作面。顶煤厚度一般为采高的3～5倍。顶板厚度小,顶板留不住,提前来矸;顶煤厚度大,推进速度慢,顶煤下不来或“盖被”,留下了发火隐患。

4.煤层倾角近水平或近水平布置的残煤,瓦斯含量小,煤质疏松易冒,也可采用巷柱采法开采。这时,如布置单扒面,工作面易淌煤矸,顶板很难管理。因此,快采快挑优越性明显。

5.对于煤层倾角大于45°,煤层厚度4～6m的原始块段或连续煤体,用巷道长壁法(巷道法)开采。巷道长壁采法的瓦斯多集中于风道后尾巷,而其余采空区内并无瓦斯积存。因此,采用巷长采法,可连续推进,提高回收率,减少回采巷道。

6.煤体较稳定,浅部开采保护地表建筑物,部分采区亦采用金属网假顶分层或水砂充填常规采法,正常管理。

三、巷道布置

残煤巷道布置应从完善生产系统出发,依据残煤疏松易冒、煤层变化大的特点加以确定。根据本矿实际情况,应注意以下几个方面:

1.主要巷道应尽量利用原有巷道,区内共用巷道应尽量开凿在煤层下部的小槽煤中,其它准备巷道应多送煤巷、少送岩巷。由于残煤块段普遍较小,少则几千吨,多则几万吨。复用原有岩巷,以及增加煤巷,可节省投资;区内共用巷道开凿在小槽煤中,即可防止采区准备时的发火,巷道又有较稳定的顶底板,防止掉底。由于残煤块段小、连续性差、厚薄不均,因此开采前后可能多次送道,逐一开采,有时使掘进率增大,但送煤巷本身也弥补了上述不足。

2.应尽可能回收煤炭资源。残煤井(区)均为贫煤井(区),加强煤炭回收是取得效益的重要一环。设计时,应充分运用原始资料,分析原旧巷道和构造位置在较长时间内的相对位移,经邻近巷道揭露证实后再确定准备采区的相关位置。

本矿残煤布置方式有以下几种类型:(1)回收较大煤柱时,如阶段煤柱和留设大的区间煤柱,一般沿采迹(急倾斜沿顶底板)布置,既回收了煤炭资源,又使巷道处于免压带;(2)回收尺寸小和储量少的煤柱,如小阶段煤柱,将上、下顺槽布置在煤柱上下的采迹内,将煤柱全部采出;(3)回收水砂充填区内残煤时,为防止掉底、保证支架稳定性,常沿煤层底板布置、沿砂面掘进。如底板往上已用水砂充填采过几个分层,则沿砂面上限标高降低2.0m布置,沿砂面掘进;(4)水砂充填区丢底的残煤,利用小槽煤布置的采区一同采出;(5)巷长、巷柱采法煤层较大时,横川应交错沿顶、底板布置,送在煤层内,以利于提高回采率。

3.应有利于通风管理、防止发火。残煤区应布置有边界道,倾角大的煤层,最上两个横川应分别沿顶底板错开布置,以便为风门安设创造条件。

残煤巷道布置应本着“掘、灭、采”的原则,区内巷道应力求揭露原旧巷、高温和火点,使之在准备期间得到预先处理。

残煤发火特点是层间残煤最易发火,区内煤柱次之。

应依据上述不同情况,确定采区尺寸及隔绝长度。但残煤区布置均应以小尺寸为宜。残煤煤柱区,斜长应小于50m,走向长度小于100～120m;区内残煤复采,斜长应小于20m,走向长度小于50m;残煤缓倾斜面长小于20m,急斜段高小于10m,可考虑取消小阶段煤柱。因为面短(段高小于10m的)推进速度快,上段既使局部有高温,采空区碎矸的滑落也及时起到抑制作用,并随工作面前进,抑制作用不断加强。

对厚度大于6m、段高大于20m的急斜块段,应与采空区隔绝,以防止上段高温火点的威胁。

具有下降风的采区,变坡点受负压作用大,顶板又是瓦斯易积存区,应力求布置在岩石中或煤巷发券,以防发火。

四、残采技术管理

残煤开采,不安全因素较多,主要表现在:

1.由于开采过程中既开帮又挑顶,使顶板处于剧烈活动,不利于施工管理。

2.由于采空区内顶板冒落程度不同,顶板凹凸不平,并有高冒,必然产生涡流和局部瓦斯积聚。

3.残采回采率40%～50%,区内丢煤多,给煤炭自燃发火创造了条件。

4.残采两带高度大、影响范围大,易受积水威胁;浅部残采,呈现抽冒,对地表破坏大,也直接受地表水威胁。

针对上述不安全因素,技术管理的重点是:通风系统、瓦斯、消防火和顶板应采取相应措施加强管理。残采区必须构成独立负压通风,通风构筑物必须齐全。巷长、巷柱采法应保持三条切割,一条开采,一条运料行人,一条开凿。随切割透回风道后,应及时落严。要加强瓦斯管理,风道上帮及风道后尾巷不准挑顶开帮,以防高顶瓦斯积聚,采过后要及时落严;机电设备要杜绝失爆。残采区要有足够的消防火手段,如注阻化泥浆、注水、注砂、及时封闭等。开采前系统要健全,封闭材料应运至区内。开采后,要加强老塘及风道后尾巷CO的检查。残采由于煤质疏松易冒,应加强工作面戗棚(柱)的支护,采取稳定性措施,有条件的工作面,采用单体液压支柱与Π钢配套,密集型支护,有力控制顶板。

综上所述,对衰老、储量枯竭的矿井,应利用现有生产系统和设备进行改造与延深,这是老井挖潜、提高资源回收的一个重要途径。在巷道布置和采煤方法的选择上应本着残煤不残采的原则,充分利用综采放顶煤等先进技术,保证在安全生产的基础上创造更高的经济效益。

作者简介:郭金明(1955-),男,吉林辽源人,辽源矿业集团西安煤业公司太平井工程师,研究方向:采煤。