房柱式机械化开采工艺应用

赵治宇

（大同煤矿集团有限责任公司 晋华宫煤矿，山西 大同 037016）

1 概述

煤矿开采的开采工艺主要包括长壁式开采工艺以及短壁式开采工艺。我国以及欧洲等国多应用长壁式开采工艺，而非洲以及美洲等一些国家在煤矿开采中多是应用房式短壁开采工艺。相对而言，房式短壁开采工艺的应用时间相对较长，尤其是美国其应用更为普遍[1]。上世纪中期我国煤矿开采过程中房式短壁采煤工艺的应用也相对较多，在上世纪70年代左右，长壁式开采机械化开采工艺的应用逐渐得以推广[2]。不过，现阶段依旧有很多规模相对较小的煤矿依然采用的是房式短壁采煤工艺，其开采效率相对较低，而且煤炭的回收率也不高，而这些煤矿由于资金不足、开采条件较差等种种原因很难采用长壁式机械化开采工艺，这样将导致煤矿资源浪费，无法得以有效利用。所以，针对这些煤矿存在的开采效率不高以及煤炭回收率偏低等问题加以研究，同样是现阶段煤炭行业需要重视的问题[3]。

2 晋华宫矿开采中的问题

晋华宫矿属于小型煤矿，不适宜采用长壁式机械化开采工艺，因此，煤矿在开采过程中引进了房式采煤工艺，但是在开采过程中发现该种开采工艺的回采率不足50%，存在相对大的资源浪费问题。为此，晋华宫矿技术人员在房式开采工艺的技术上提出了采用切块式开采工艺，对煤柱加以回收，确保资源得以有效利用。所采用的回收方式是在大煤柱之中以“十字”的方式进行回收，此次工作面的回收率可以增加到53%左右，不过在采空区域之中依旧存在很多煤柱，使得资源浪费现象还较为严重。随后，晋华宫矿又引进了新型房柱式短壁采煤工艺，其主要特点是在煤房间留置尺寸为15×100 m左右的大煤柱，再采取留置煤皮方式对顶板结构进行支撑，依次完成煤柱的回收工作。采用此种工艺之后，使得工作面回收率提高至66%左右，不过此种方法依旧未能彻底的解决煤柱回收问题，同时也未能有效解决顶板管理问题。目前，晋华宫矿再次对房柱式短壁开采工艺进行改进，利用履带行走式液压支架对采煤机设备加以掩护，开展煤柱回收工作，使得工作面的回收率达到了85%左右，而且，采用此种煤柱回收方法，采空区域残留的一些煤柱不能支撑顶板结构，直接顶结构将会自行的发生冒落，从而有效的解决了大面积顶板悬空问题。

3 晋华宫矿房柱式开采工艺

3.1 开采系统

图1 晋华宫矿工作面巷道布置

晋华宫矿工作面巷道布置见图1，其中顺槽包含有三条平巷，中间的平巷是胶带机巷，两边平巷时辅助运输巷，一侧是回风巷，一侧是进风巷，不同顺槽间中心距离值是17.5 m，联络巷道中心距离值是22.5 m，顺槽煤柱具体尺寸为15 m×20 m。此工作面的宽度值为270 m，顺槽结构把工作面划分成为左右两个部分，两部分的宽度值都是110 m。煤房从联络巷位置设置于两边区域，煤房间煤柱的宽度值是20 m，煤柱的具体尺寸为20 m×110 m。顺槽以及煤房结构都是矩形形状，其宽度值是5 m，高度值与煤层厚度一致。巷道支护和煤房支护均采用锚杆支护，锚杆之间间排距离为1000mm×1000mm，锚杆直径为Φ16mm，锚杆长度值L为1600mm。

3.2 开采顺序

回采顺序是右半部分采用前进式开采方式，也就是随掘随采，而左半部分采用后退式开采方式。

3.3 煤柱回收工艺

在一侧位置的煤房掘进达到了相应位置以后(晋华宫矿设置为100 m)，便对煤柱进行回收作业。对于位于端头部位的煤柱来说，进行回收作业时采用放射方式进行回收作业，也就是分为右、中、左不同的方向进行进刀。两侧位置的进刀深度大约在12 m左右，中间位置的进刀深度大约在10 m左右。对于面积较大的煤柱进行回收时多是采取的双翼进刀工艺进行回收，进刀的宽度值约为3.3 m左右，单侧的进刀深度值约为12 m左右，斜切的角度值为45°～60°之间。若是没有履带行走支架的情况下，煤柱回收的具体方法见图2。采煤设备收回一刀均需要留置大约1 m左右的煤皮，以有效的起到支撑顶板作用，此时工作面的回收率能够达到64.87%。若是有履带行走支架的情况下，采煤设备收回一刀则履带行走支架也随之向前移动，对空顶位置进行有效支护，支架结构中的顶梁结构和采煤设备突出部件之间距离值保持在0.5 m之内，此时工作面的回收率能够达到83.16%，具体的回收方法见图3。

图2 无履带行走支架情况下煤柱回收的具体方法

图3 有履带行走支架情况下煤柱回收的具体方法

3.4 顶板管理

（1）若是在没有履带行走支架装置的情况下，不管是采用单翼方式对煤柱进行回收作业，或者是采用双翼的方式对煤柱进行回收作业，在采空区域之中均应当留置规则的煤柱结构，以对顶板进行支撑，留置的煤柱宽度值大约为1m左右，这些煤柱为不安全煤柱，不过因为煤柱分布相对均匀且密集，使得顶板发生冒落的时间有所滞后，从而确保煤柱回收工作的安全性。

（2）若是有履带行走支架装置的情况下，在采空区域之中，所遗留的煤柱除了一些死角位置无法得以回收之外，绝大多数煤柱均能够得以有效回收，而且遗留下来的残余煤柱也无法支撑顶板结构，所以直接顶结构会随着回采的不断进行而发生冒落，此时可以采用全部垮落方式对顶板进行有效管理。

3.5 通风工艺

位于左侧部位的1号顺槽以及位于中间部位的2号顺槽可以同时作为进风巷，而位于右侧部位的3号顺槽则能够同时作为回风巷。将2号顺槽和3号顺槽间封闭处理，使得工作面构成一个完整的通风系统。在进行煤柱的回采作业时，利用全负压通风的方式进行通风，回风风流则经过最近的煤房巷道而汇至3号回风顺槽之中，而完成回采煤房则应当及时的加以封闭处理。

4 房柱式采煤工艺和块切式采煤工艺对比分析

采用房柱式采煤工艺开采的范围相对较大，而且能够确保煤柱的回采率更高，使得工作面的产煤量能够进一步增加。而且，采用房柱式采煤工艺之后吨煤成本将进一步减少，在开采过程中通风结构数量相对少，更易有效的控制风速大小。房柱式采煤工艺和切块式采煤工艺对比情况见表1。

表1 房柱式采煤工艺和快切式采煤工艺对比

万吨煤巷道掘进长度 350 m左右 650 m左右全员工效 30 t/工·日左右 11t/工·日左右回采率大小 66%左右 50%左右每吨煤平均开采成本较切块式采煤工艺节省8元左右 /巷道管理工作仅仅顺槽结构要求维护，煤房的维护一般都不会超过3d 巷道以及煤房均要维护顶板维护工作在交岔口位置仅仅抹一个角，这样将会更加的有利顶板控制工作，采硐的宽度值只有3.3m左右，很少出现冒顶问题。并且能够利用履带行走支架辅助回采作业，能够通过完全垮落方法完成顶板管理工作交岔口为双抹角，而且控顶的面积相对较大，这样对于顶板的有效控制会造成不利影响。采硐的宽度值为5m左右，经常出现冒顶问题。在采空区域支撑顶板结构时，需要留置相对大尺寸的支撑煤柱

5 房柱式采煤工艺的推广应用前景

晋华宫矿在房式采煤工艺的基础上改进了具体工艺，在经过了长达8年的研究与实践之后，逐渐形成了一套更加适宜小型煤矿开采应用的房柱式采煤工艺，这和长壁式机械采煤工艺形成了有效互补。经过多年的实践经验得出，在满足下列条件的煤矿开采中可以应用房柱式采煤工艺。

（1）不适宜采用综采工艺的一些倾角较小中厚煤层条件；

（2）浅部煤层或者是拥有平硐掘进条件的一些小型煤矿；

（3）在一些采用综采工艺煤矿中所遗留的边角区域，或者是一些不适宜采用综采采煤工艺的断层分割区域；

（4）要进行有效保护的“三下”开采范围。

〔1〕张连鹏.煤矿短壁采煤方法探讨[J].黑龙江科技信息，2017（4）：143.

〔2〕朗国成.煤矿连采机应用及前景分析[J].山东工业技术，2016（3）：67.

〔3〕张怀中.房柱式采煤法在井下采煤的运用[J].中外企业家,2015（30）：189.