煤柱区综采放顶煤工作面布置方式研究

杨会兵

（山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

山西兰花集团莒山煤矿有限公司3号煤层正规工作面已采完，3号煤层刀柱式老采区遗留煤柱复采也已接近尾声。对3号煤层遗留煤柱进行全面调查筛选，对具有回收利用价值煤柱的赋存状况、储量情况、回收条件以及回收利用的经济效益等内容进行全方位的研究分析，决定在ZF309工作面采用综采放顶煤对采区煤柱进行回收。

1 概况

ZF309工作面地质构造简单，为单斜构造，层理一般，节理较发育，开采的3号煤层总厚度为6.10m，煤层倾角0～7°，煤层结构简单，属稳定煤层，顶板为泥岩，底板为砂质泥岩，在掘进过程未发现地质构造影响。盖山约为110～135m。

2 工作面巷道布置

2.1 设计原则

在充分利用矿井现有设施、设备和各种辅助生产系统的前提下，利用已有巷道，布置煤柱回收工作面。工作面设计力争做到系统畅通，设备配备合理，生产安全高效，投资回收期短，见效快，能提高矿井社会经济效益。

结合矿井煤层赋存条件和矿井采掘设备现状，采用长壁综采放顶煤采煤方法，全部垮落法管理顶板。

图1 采煤方法图

2.2 工作面布置

工作面设计采用“一面两巷”布置，即ZF309运输顺槽和ZF309回风顺槽，均沿3号煤层底板布置。其中：运输顺槽担负进风和煤炭运输任务，回风顺槽担负回风和辅助运输任务。ZF309运输顺槽通过复采煤仓及3号煤运输大巷与井底煤仓相连，ZF309回风顺槽通过回风联络巷与总回风巷相连。

图2 工作面及巷道平面布置图

2.3 煤柱的留设

（1）ZF309工作面运输顺槽与3401、F210、F213采空区留设30m的保安煤柱；ZF309工作面回风顺槽与F313采空区之间留设30m的保安煤柱。

根据《山西兰花集团莒山煤矿有限公司煤柱综放回收工作面巷道支护设计》：

合理的最小煤柱宽度B为：B=x1+x2+x3

式中：

x1-因上区段工作面开采而在下区段沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎区；

x2-窄煤柱一帮锚杆有效长度，暂取锚杆长度为2.2m；

x3-考虑煤层厚度较大而增加的煤柱稳定性系数，按0.2×（x1+x2）计算。

其宽度按下式计算：

式中：

m-煤层采厚，取6.10m；

A-侧压系数；

μ-泊松比，取μ＝0.25；

φ0-煤层界面的内摩擦角，取16˚；

C0-煤层界面的粘聚力，取1.5MPa；

k-应力集中系数，取3.0；

γ-岩层平均容重，取值为25.0kN/m3；

H-巷道埋深，取60m；

Px-对煤帮的支护阻力，因上区段采空区侧采用锚杆支护，可取 =0.1。

经过计算，得到沿空掘巷时最小煤柱的宽度B=5.28m。因此，可将煤柱宽度确定为5.5m左右。

（2）工作面南侧为双王庄，属Ⅱ级保护等级，需留设15m围护带宽度，使用垂线法计算其保护煤柱：

式中：

S村-村庄保护煤柱，m；

sl-围护带宽度，取15m；

h1-松散层厚度，16m；

a-松散层移动角，取45°；

h2-岩层厚度，84m；

b-岩层移动角，取72°。

ZF309工作面与双王庄留设192m保护煤柱，满足煤柱留设要求。

（3）井下主要大巷、采区大巷两侧保护煤柱宽度按照2017年5月修订的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》第90条规定：

式中：

S1-大巷单侧保护煤柱的水平宽度，m；

H-大巷的最大垂深，120m；

M-平均煤厚，6.1m；

f-煤的强度系数，；

Rc-煤的单向抗压强度，9.5MPa。

经上式计算，设计开采3号煤层井下大巷保护煤柱为30m，工作面停采线位置根据总回风巷保护煤柱确定。

3 结语

通过对ZF309工作面的地质、煤层情况的分析，采用长壁综采放顶煤采煤方法，工作面设计采用“一面两巷”布置，经计算合理确定工作面周边的保护煤柱，保证了工作面回采的安全。