恒晋煤业采煤工作面沿空小煤柱资源回收方案实践

摘 要：恒晋煤业为无冲击地压矿井，9205工作面两巷均为沿空掘进巷道，工作面巷道与采空区之间留设有8m宽煤柱，每米煤柱煤炭资源达到57.6吨，为提高矿井采煤工作面煤炭资源回收率，需要根据采煤工作面实际情况制定煤柱回收方案，以便取得较好的安全与经济效益。

关键词：采煤工作面;沿空巷道;煤柱;回收

皖北煤电恒晋煤业有限责任公司西二采区9205工作面回采巷道采用锚梁网索支护，工作面两巷均为沿空掘进巷道，工作面巷道与采空区之间留设有8m煤柱，巷道每米煤柱占用煤炭资源约57.6吨。采煤工作面回采巷道受采空压力影响，巷道底鼓量大，帮部胀帮量大。随着矿井9+10#煤层煤炭资源逐渐减少，充分回收采煤工作面煤炭资源是保障矿井生产接替、稳定矿井经济效益的一条重要途径。

1 工作面概况

9205工作面为9+10#煤层西二采区最后一个综放工作面，切眼靠近矿界保护煤柱线，两巷外侧均为采空区，机巷外侧为9203工作面采空区，风巷外侧为9105工作面采空区。工作面倾斜宽191m，推进长度1037m，采用综合机械化放顶煤开采工艺，全部垮落法管理顶板。

9205工作面平面布置图

工作面机巷设计净宽×净高=4500mm×2800mm，均采用锚梁网索支护。

2 工作面地质概况

2.1 煤层

根据9205工作面掘进情况分析，工作面区域内9+10#煤层倾角7°～12°，煤层厚度在4.3m～5.4m之间，平均厚度4.5m，含夹矸1～3层，岩性多为泥岩，夹矸总厚度0.3～1.10m，平均厚0.70m，煤层为稳定煤层。

2.2 煤层顶底板

1）煤层顶板。工作面直接顶、老顶均为浅海相石灰岩，致密坚硬，裂隙发育有小溶洞，充填有方解石脉，岩石以K2石灰岩为主，中下部含泥岩薄层，平均厚11.69m，其抗压强度平均29.6MPa，抗拉强度平均1.3MPa，9+10#煤层顶板K2灰岩结构简单，致密坚硬，抗压强度大属较硬难冒落顶板。

2）煤层底板。工作面直接底为泥岩，黑色，粉砂质胶结，含大量植物根部化石，厚2.81m。老底主要为11#煤层、泥岩、铝质泥岩、石灰岩、铝质泥岩，老底总厚约15.78m。

3 工作面沿空巷道地压情况

3.1 表观显现情况

根据9205工作面机巷掘进期间安装的顶板离层仪、巷道变形观测站监测數据，巷道自掘开后即存在显现矿压现象，主要表现为巷帮胀帮变形、底鼓等现象，根据巷道掘进及工作面回采期间巷道变形情况监测，巷道帮部胀帮变形260-680mm，底鼓320-560mm，因巷道顶板为厚度较大的K2灰岩，顶板离层仪监测数据基本上没有监测数据变化。

3.2 煤柱变形观测情况

3.2.1 围岩破坏情况观测

采用钻孔窥视仪对巷道帮部钻孔情况进行观测，确定沿空侧煤柱变形破坏、裂隙发育情况，根据现场监测情况如下：

9205机巷帮部钻孔典型截图

通过截取钻孔岩层典型裂隙发展发育区域，总结分析了钻孔岩层裂隙发展发育特征。结合帮部结构和裂隙发育破碎特征，将帮部煤层分为：1）裂隙发育带;2）离层区;3）破碎区;4）完整带。

根据巷道帮部观测孔观测的煤柱破坏情况，沿空侧煤柱在0.16-1.38m范围内裂隙较为发育，1.38m范围以外的煤体较为完整。

3.2.2 支护锚杆受力监测情况

根据对工作面沿空侧煤柱支护锚杆螺母扭矩、抗拔力监测情况，锚杆螺母扭矩均能达到100N·m以上，锚杆抗拔力均保持在60kN以上，均不低于巷道掘进期间的设计值。

从巷道帮部钻孔窥视、支护锚杆抽检情况分析，沿空侧巷道帮部受地压影响最深破坏基本上在1.4m以内，从沿空侧煤柱帮部扩刷实际情况看，巷道帮部破坏主要为表层500-700mm厚煤层因胀帮破坏，胀帮侧扩刷后煤体完整，没有明显裂隙现象。

4 沿空侧煤柱资源回收方案

采煤工作面沿空侧煤柱回收既需要保证巷道在工作面回采期间行人、运输的安全距离，又需要根据工作面人员布置情况满足安全生产需要，且工作面范围内作业人员数量不得超过上限规定。根据巷道变形监测数据，结合工作面人员、出货方式等生产实际，对采煤工作面沿空侧煤柱只回收机巷侧煤柱，回收采取分层式回收方案，将沿空侧煤柱回收宽度控制在2.0m左右。

4.1 超前扩刷巷道帮部回收煤炭资源

因沿空侧巷道受采空压力影响而发生胀帮变形、底鼓，影响巷道内行人、运输的安全距离，对沿空侧煤柱采取超前工作面推进的方式进行扩刷巷道帮部，扩刷宽度约700-1000mm，扩刷后顶底板与巷道现场顶底板相同，扩刷后保障巷道内行人、运输的安全距离符合规范要求。扩刷后巷道帮顶支护要求如下：

1）顶板支护。对扩刷范围内的顶板采用锚梁网支护，顶板增加1排锚杆，顶板支护锚杆与巷道掘进顶板支护锚杆材质、支护要求相同，采用Φ20 L=1600mm的左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，锚杆间距800mm，锚杆螺母扭矩不低于200N·m，锚杆的锚固力不小于80kN。

2）帮部支护。对扩刷后的巷道帮部利用原有的全螺纹钢筋锚杆进行支护，帮部支护锚杆与巷道掘进帮部支护锚杆材质、支护要求相同，同时在已有的帮锚杆排距中部增补锚杆加强支护，每排增补2根Φ20 L=2000mm的全螺纹钢筋锚杆，锚杆间排距1600mm×800mm，锚杆螺母扭矩不低于150N·m，锚杆的锚固力不小于60kN。

巷道顶帮支护除新投入支护锚杆外，金属网、锚梁全部使用回收材料，不再新投入其它支护材料。

4.2 随采扩刷巷道帮部回收煤炭资源

根据回采工作面的推进情况，紧跟巷道运输皮带机尾对沿空侧煤柱进行二次扩刷，扩刷采用带挖掘功能的巷道修复机施工作业，巷帮扩刷宽度1.0-1.3m，巷帮扩刷高度控制在2.8m，满足工作面回采超前支护设备布置和行人安全距离。巷道扩刷后支护方案如下：

采用单体支柱和铰接顶梁对顶板进行支护，一梁一柱布置;对帮部再利用全螺纹钢筋锚杆的情况下，直接利用单体支柱、回收的锚杆、钢筋梁等材料进行背帮支护，不再投入其它支护材料。

4.3 特殊回收巷道幫部煤炭资源

在沿空侧煤柱内稳定性较好的地段施工矸石窖等硐室，实施存放巷道扩刷期间产生的矸石，以便进行煤矸互换，达到回收沿空侧煤柱煤炭资源的目的。矸石窖净宽×净深=4000mm×4000mm，矸石窖采用锚梁网支护，支护方式与超前扩刷支护方式相同。

5 经济效益情况

采煤工作面沿空侧煤柱回收时，两次扩刷宽度达到2m，扩刷侧巷道高度2.8m，在不考虑矸石窖进行煤矸互换回收资源的情况下，经济效益情况如下：

5.1 每米巷道回收煤炭资源

Q=2×2.8×1×1.4=7.84t（煤的容重1.4t/m3）

按矿井当前原煤480元/吨销售价格，扣除运输、电力、销售成本后，按300元/吨利润计算，沿空侧煤柱扩刷每米可取得销售利润：

7.84×300=2352元。

5.2 每米巷道扩刷投入支护材料

巷道扩刷时，顶帮锚杆支护排距800mm，每排使用Φ20L=2000mm全螺纹钢筋锚杆2根，Φ20L=1600mm左旋无纵筋支护锚杆1根，其余使用的金属网、钢筋梁均为回采工作面回收材料，单体支柱、铰接顶梁为重复性使用材料，侧巷道帮部扩刷每米巷道扩刷需投入Φ20L=2000mm全螺纹钢筋锚杆2.5根（32元/套），投入Φ20L=1600mm左旋无纵筋支护锚杆1.25根（30元/套）。沿空侧煤柱扩刷需支护材料费用：

2.5×32+1.25×30=117.5元。

5.3 每米巷道扩刷人工成本

巷道帮部扩刷全部按照人工作业计算，根据定额标准为90元/m3计算，则沿空侧煤柱扩刷每米巷道需人工成本：

2×2.8×1×90=504元

支护锚杆作业成本顶板锚杆支护人工成本24元/根，帮部锚杆支护人工成本17元/根，挂网10元/m2，则沿空侧煤柱扩刷每米巷道人工支护成本：

2.5×17+1.25×24+（2+2.8）×10=120.3元

5.4 回收资源利润

根据沿空侧煤柱扩刷每米巷道回收煤炭取得的经济效益、在扣除支护成本、人工成本后，计算净利润：

2352-117.5-504-120.3=1610.2元。

矿井西二采区9205工作面推进长度1037m，全部回收完毕取得经济效益：

1037×1610.2=167万元。

6 安全注意事项

1）回采工作面巷道沿空侧煤柱回收需严格加强顶板管理，防止出现冒顶事故，因巷道受采空压力影响，沿空巷道地压大，巷道存在一定的变形破坏，在回收沿空侧煤柱资源回收前必须调查煤柱稳定性，回收过程中必须确保巷道顶帮稳定，不能一次扩刷到位而增加巷道的控顶面积，避免出现冒顶事故。

2）沿空侧采空区内存在瓦斯，巷道扩刷时必须加强瓦斯管理，扩刷巷道出现裂隙、破碎带、老硐等特殊情况时要根据现场情况制定好专项管控措施，防止发生采空区瓦斯突然逸出造成工作面瓦斯超限。

3）沿空侧巷道帮部扩刷后必须对顶板进行有效支护，减少二次变形对生产的影响。

4）使用巷道修复机挖掘设备扩刷巷道帮部时，必须控制好设备作业力度，避免设备对巷道帮部大范围破坏。

5）工作面沿空侧煤柱扩刷后，必须加强矿压监测，特别是顶板离层监测，防止巷道断面扩大造成顶板事故。

7 结语

回采工作面沿空侧煤柱资源回收前，必须根据采煤工作面顶底板地质、矿压监测情况合理制定沿空侧煤柱扩刷方案。煤柱扩刷后，必须对顶帮及时进行有效支护，矿井在取得回收资源经济效益前，必须在安全、技术、管理方面采取针对性的措施，确保资源回收工作安全顺利进行。

参考文献

[1]张淮滨.回采工作面窄煤柱沿空巷道支护技术改进[J].华东科技学术版，2014年第9期：422.

[2]王志远.小煤柱沿空掘采技术应用及效果分析[J].煤矿现代化，2018年第4期，113-115.

作者简介

章俊（1981-），湖北孝感人，2002年毕业于安徽理工大学，采矿工程专业，现任皖北煤电恒晋煤业有限责任公司生产技术部高级工程师。