井筒保护煤柱回采方法研究

◎彭信明

井筒保护煤柱回采方法研究

◎彭信明

为了研究复杂地质条件下井筒保护煤柱有效回采方法，提出了采用巷式充填开采方法对保护煤柱进行回采并依此提出了两种开采方案，通过对比分析，表明巷式充填开采方法对控制井筒变形效果较好，可以为类似地质采矿条件下井巷保护煤柱的回收提供参考。

对于井筒与工业广场煤柱开采技术的研究不仅可以延缓矿井服务时间，解决煤矿工人就业问题，而且也可以充分挖掘煤炭资源，具有很重要的现实与经济意义，同时国内外许多学者对井巷保护煤柱回采方面做了大量研究工作，并得出了宝贵的研究成果。笔者以韩王矿工程实践为例，研究了巷式充填开采对控制井筒变形的效果，为类似采矿地质条件下井筒保护煤柱的回采提供借鉴。

工程地质条件

焦煤集团韩王煤矿目前处于开采后期，2012年9月建成了粉煤灰基膨胀材料自流充填系统，目前正在采用巷式充填开采方法回采主副斜井保护煤柱。井筒保护煤柱四周为采空区，煤柱内应力较为集中，顶板较破碎。主、副井保护煤柱厚5.0～6.0m，平均5.3m，可采性指数为1，属稳定型煤层，全部可采，井田内可采煤层基本特征如表1所示。煤层结构单一，井筒保护煤柱底板标高为+55.58～+4.82m，埋深为60～120m，主斜井倾角平均为24°，深部水平段嵌入煤层但未穿过煤层，主斜井井筒净断面宽度为2.8m，两帮高1.2m，顶部为半径1.4m半圆弧。副斜井在标高+1.38～+47.58m段倾角平均为10°，与煤层倾角一致，且此段井筒底板在煤层中，在标高+47.58～+127.45m（地表）段倾角平均为24°，副斜井井筒净断面宽度为2.6m，两帮高0.95m，顶部为半径1.3m的半圆弧。主副斜井均采用砌碹支护，砌碹厚度为0.3m。

开采方案的分析与实施

巷式充填开采方法。韩王煤矿主副井筒保护煤柱回采属于孤立煤柱回采问题，井筒保护煤柱周围都是采空区，且保护煤柱内小断层较多，地质条件较为复杂，集中压力较为明显。井筒保护煤柱回采过程中要满足以下几个条件：1. 回采过程中应避免引起区域内断层及周围采空区岩层活化，以防安全事故的发生；2. 控制井筒的变形破坏，保证井筒的正常使用；3. 尽可能多地回收保护煤柱内的煤炭资源。结合韩王煤矿实际开采条件及国内外井筒保护煤柱的开采经验，决定采用巷式充填开采方法对井筒保护煤柱进行回采。

开采方案的选择。通过分析韩王矿主副斜井与保护煤柱的地质条件，将井筒保护煤柱回采区域划分为四各块段（由深到浅依次为第一、第二、第三和第四块段），每个块段储量分别为4.4、3.2、6.7和6.8万吨，为安全起见，煤柱回采先由深部第一块段开始回采，采用分层形式，先采上分层，后采下分层，每分层均采用巷式充填法开采。为确保煤炭资源充分回收及井筒使用安全，现设计出两种井筒保护煤柱回采方案，方案一：在主副井筒正下方整体留出40m的煤柱，井筒中间不再布置工作面；方案二：在主副井正下方各留出宽度为18m的煤柱，两个留设煤柱中间再布置三个工作面（上分层两个，下分层一个）。将主副井回采煤柱沿水平方向划分为若干个宽度为4m的条带，保证上分层条带与井筒在倾向方向平行，同时将下分层煤层条带布置成一定角度，使其一个条带横向方向跨过上分层三个条带，以保证开采下分层时上分层充填体不会失稳。

设计每个块段的巷采顺序均相同，为从主副井筒回采煤柱一个块段的一侧开始，采一条巷道后隔三个巷采宽度再采下一条，采到块段另一端时，再返向采第一条旁边的一条巷道，主副井筒下面煤柱两侧的条带最后采，方案一对1～22号条带进行开采，方案二1～24号条带全部采出。两个方案均由小到大的顺序开采。

表1 ◎井田内可采煤层基本特征表

井筒变形现场实测

主要监测内容包括巷式充填后巷道顶底板的移近量以及充填后回采相邻巷式煤体时充填体片帮情况。巷式充填后巷道顶底板的移近量测量方法是：在巷式煤体回采过程中，每间隔8m测一次巷道高度，充填后在回采相邻巷式煤体时在对应位置每隔8m再次测量巷道高度，将充填前后两次测量结果相减即可。对于主副井筒变形情况主要监测其顶底板和两帮移近量，主要观测方法为；在主副井筒表面每隔25m沿顶底板垂直方向做标记点，同理在井筒两帮表面位置也做标记点，保证4个标记点在井筒的同一断面上，总共沿井筒布置15个断面的标记点。在测量过程中，在保证测量精度，注意安全。

◎结论

结合实际，通过分析主副斜井保护煤柱的赋存环境，确定对井筒保护煤柱采用巷式充填开采方法，并确定巷式充填开采相关参数，及上下分层开采工作面的布置方式。

根据井筒保护煤柱的赋存条件及井筒变形控制要求，提出了两个开采方案，即两井筒间不布置巷采工作面与布置巷采工作面，通过概率积分法分别对两方案进行预计并比较，结果表明方案一对井筒变形影响最小，明显优于方案二。

通过现场实测，得出韩王矿主副斜井保护煤柱采用巷式充填开采后主副井筒各变形量分别为：最大垂直位移-29.5和-17.00mm; 最大倾斜变形3.99和1.47mm/m; 最大水平变形-0.005和-0.004mm/m; 井筒轴向最大变形0.013和0.010mm/m

通过韩王矿井筒保护煤柱开采实践表明，巷式充填开采方法既能够充分采出滞留的煤炭资源，又能够有效控制井筒变形，是一种较为合适的开采方法，可以为类似地质采矿条件下井巷保护煤柱的回收提供参考。

（作者单位：六盘水师范学院）