小型煤矿采空区残煤复采技术研究①

梁沙平 王治文 申琢 白雪文 白俊 陈佳慧

(1.山西煤炭进出口集团左云韩家洼煤业有限公司 山西大同 037101;2.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院 辽宁阜新 123000;3.应急管理部信息研究院 北京 100029)

煤炭作为可再生的资源，储量是十分有限的，因此对于合理的开采和减少资源浪费是不容小视的问题。根据我国煤田预测，新疆、内蒙古、山西和陕西占全国资源总量的81.3%[1]。在西北地区很多的矿区都存在小煤矿开采对井田产生破坏的现状[2]。近年来，国家采取积极措施，关闭了大量的小煤矿，至2010年底，山西省煤炭矿井数量由2005年的4278座减少到1053座，减压75%，整合煤矿由小煤矿整合而成，受区域经济，技术条件的制约，小煤矿的开采技术比较落后，通过大量的留设煤柱的方式进行开采，采煤机械化程度低、巷道布置不合理、开采规模小，回采率极低，给矿山的生产带来了极大的不便利，严重的影响了工作面的合理布置[4]。经调查发现：原有小煤矿煤炭资源回收率普遍在10%～25%之间。致使丢失了80%以上的煤炭资源，而且经小煤矿破坏后的煤层，大煤矿业很难回收，因此，给国家煤炭资源造成了严重的破坏。

1 采空区形式

图1 小煤矿巷柱式采煤方式示意图

图2 煤综采放顶煤复采方式示意图

由于受到矿井兼并重组前各个煤矿的开采年代不同以及开采技术的差别，因此在复采工艺选择上面有很大的不同，因为受到开采条件和开采技术的限制，故形成的采空区也有很多大的区别。根据煤矿的实际情况采空区的主要形式大致分成柱式采煤空巷和壁式采煤法留下的采空区。

1.1 柱式采煤空巷

此采空区在煤矿进行整合之前采取巷柱式的采煤方法进行开采，因此形成的采空区多为巷道的形式，这些巷道的破坏程度比较轻，开采深度比较浅，经过采取一定的措施，不会对于复采工作面的布置以及复采产生很大的影响。小煤矿的巷柱式采煤布置方式如图1所示。

1.2 壁式采煤法留下的采空区

壁式采煤法的主要分为炮采工艺和综采工艺两种。原有小煤矿由于生产工艺比较落后，受开采条件的影响，因此炮采工艺长壁采煤工作面在韩家洼矿区的应用较少。随着开采技术的不断优化，以及机械化的不断提高，矿区内的小煤矿逐渐的开始使用综合机械化采煤，同炮采工艺相同也进行分层开采[1]。采高约为3m。

2.3 留顶煤护顶采煤法

2 残煤复采技术研究

在煤矿开采方式中有不同的方式，柱式采煤和壁式采煤是主要的应用方式[5]。由于不同开采方式所留下的采空区的不同，结合对各种复采技术的分析，对矿井实际复采方式进行进一步的探讨和研究。煤矿企业进行残煤复采前要对煤矿的实际情况进行考察，根据煤矿的具体情况和具体特征进行开采技术的选择。

2.1 短壁采煤法

在进行整合前原有的小煤矿由于生产工艺比较落后，在开采过程中通常采用短壁式采煤方法。且采煤工作面的长度控制合理长度40m左右[6]。在进行小煤矿的整合前该矿井采用长壁式采煤法，长壁式采煤法具有回采工作面长的特点。长壁式采煤法形成的采空区在利用短壁式采煤法进行残煤复采时，必须要进行不断地支护，复采时按照煤层的不同厚度，中、薄煤层进行一次性开采，厚煤层需要进行分层开采。

2.2 充填式采煤法

充填采煤法是指伴随落矿、运搬及其他作业的同时，用充填料充填采空区的采煤方法。使充填材料与煤形成整体，从而进行正常的开采。在运用充填式采煤法进行小煤矿的残煤复采的特点是所占面积少，情况不太复杂的情况的采空区情形。

留顶煤护顶采煤法是指厚煤层在第一次开采时只对其中一层进行了回采，在对剩余资源进行回采时，留一定厚度的顶煤进行护顶的回采方法。

3 残煤复采技术优选

矿井兼并重组后对于原有的小煤矿采空区的遗煤进行复采是延长矿井服务年限的最重要的手段，在实际开采过程中很多煤矿为了扩大矿井的实际开采量增大回收率都在进行复采方面的研究，对于矿井实际情况以及开采方式进行针对性研究。煤矿企业进行残煤复采前要对煤矿的实际情况进行考察，根据煤矿的具体情况和具体特征进行开采技术的选择。

3.1 巷柱式残煤复采技术

该矿井的复采属于较厚煤层的复采。巷柱式采煤法留有的采煤空巷巷道高度低，根据巷道在原有煤层中位置不同将布置情分为巷道在采煤工作面的采高范围内和巷道布置在采煤工作面的采高范围之上两种情况，根据这两种情况采取不同的技术手段。

3.1.1 巷道在采煤工作面的采高范围内

巷道在采煤工作面的采高范围之内时，采用综采放顶煤的采煤方法对于巷道进行布置，由于小煤矿在进行资源整合之前开采技术受限采空区遭到破坏比较严重，因此，在进行回采之前要对巷道支护薄弱的地方再此进行加强支护，在回采时要确保原有的旧巷道采煤工作面交叉点的完好防止端面切顶、冒顶等动载矿压现象的出现，确保复采的安全性。

3.1.2 巷道在采煤工作面的采高范围之上

当空巷在采高范围之上时，巷道沿顶板布置并采用综采放顶煤的采煤法，容易形成较大范围的应力集中区。因此在过旧巷道时要使回采工作面与旧巷道形成一定的角度防止端面切顶、冒顶等动载矿压现象[7]。因此保证顶板的安全性十分重要。采空区巷道集中、顶板支护少，因此在进行放顶时要在靠近巷道的前后20m内时停止放顶。在工作面通过20m之后才可重新进行放顶。

3.2 长壁采煤法造成的采空区

根据调查了解该矿区内的小煤矿在之前使用的长壁采煤工作面均为一次采全高。该矿井分为沿煤层顶板和沿煤层底板两种一次采全高工作面，根据这两种采煤工作面的复采方式进行分别讨论。

3.2.1 采煤工作面沿煤层顶板推进

由于在进行复采之前，复采煤层较厚，在沿着煤层顶板进行推进时，滞留在工作面下部的剩余煤层会被停留在采空区中，当在进行分层开采时，需要采用综采放顶煤的采煤方法。

为提高矿井的安全性，防止上部采空区发生垮落的危险，因此要提高矿井工作面支架的支护能力，提高复采工作面的安全性。如图2所示。

3.2.2 采煤工作面沿煤层底板推进

在沿着原采煤工作面煤层底板进行推进时，由于对于顶板的胶结状况并不了解，因此复采前对回采工作面顶板注浆加固形成假顶，以确保复采的安全性。同时为防止复采时顶板垮落的危险，要求支架具有足够的支护能力。以便在发生冒顶危险时，能够及时追机拉架[1]。

4 结语

（1）煤炭作为我国重要的能源物质之一，是我国经济发展进程中的重要角色。残煤复采是矿井经过首次开采之后，对剩余的矿藏进行再次开采，通过复采残采不仅能够实现对煤矿资源的进一步开发，还能够实现自然资源的充分利用，提高煤矿企业经济效益，

（2）矿区整合煤矿采空区可分为2种：巷柱式采空区、长壁式采煤法造成的采空区。

（3）根据采空区形式，可根据两种采空区的实际情况对复采条件进行分析。