小煤矿破坏区煤炭资源复采回收技术研究

李树林

（桐梓县众源煤业有限公司，贵州 遵义 563200）

0 引言

对煤炭资源形成的各类研发工艺，加大小煤矿区整治力度，较为关键。比如，在贵州某矿区，在煤矿资源开采时，使用的采煤工艺较为落后，资源回收占比介于10%~25%之间。在众源、官仓相关井田内部，小煤矿破坏规模较大，高达数十平方公里。因此，加强复采技术使用，有效回收小煤矿破坏区内部的可用资源，以增强资源回收效果。

1 小煤矿破坏区的工艺类别

1.1 破坏区类型

（1）空洞型。煤层在采集完成时，煤柱间隔距离不大，煤柱相邻位置的顶板，固定效果欠佳。破坏区内未被填充，冒落煤矸石数量不充足。

（2）填充型。煤层处于采集完全状态时，在煤柱间规格较大的情况下，引起顶板结构掉落，同时在矿山压力下，形成填充型的破坏区。

（3）塌陷型。在破坏区形成后，煤柱间隔较大，同时上覆岩层重力条件下，引起煤柱顶板掉落，在顶板重力与岩层作用的双重影响下，破坏区发生形变、坍塌等情况。

1.2 采煤工艺类型

（1）壁式工艺。在采煤作业时，可操作的采煤工作面中，巷道至少为2，其一增强通风性，另一个巷道用来运输煤矿资源。

（2）柱式工艺。此种采煤工艺含有三种采煤方法：第一种为房式复采；第二种为房柱式复采；第三种为巷柱式复采。

2 资源复采技术

2.1 有冒落矸石的工艺处理

2.1.1 冒落矸石加固性处理

在破坏区内含有冒落矸石时，此时破坏区为填充类型。利用巷道进行破坏区横穿时，破坏区下方结构会含有一定数量的冒落矸石。在破坏区发现的冒落矸石，此种材料自身不具有较强的支护与结构平稳性能。在采煤工艺推进期间，可使用超前注浆形式，固定处理冒落矸石，使其具有一定结构平稳性。如果采空区积存大量水，需要在巷道施工前期，进行排水处理[1]。

2.1.2 临时支护

在超前注浆作业环节中，需要保持冒落矸石整体的平稳性。巷道穿进时，使用撞楔工艺，确保临时顶板位置相对平稳。同时在临时支护时，使用单体柱，继而操作架棚给予支护，再使用圆钢撑杆，保证钢棚处于坚固的连接状态，以提升钢棚整体结构的平稳性。由于顶板具有易碎性，需要有效推进短掘短支工艺。在进行临时支护时，可采取单体柱与园木梁相结合的形式，以保障临时支护可用性，如图1为临时支护样式图。

图1 临时支护样式

2.1.3 钢钎穿设工法

钢钎穿设操作流程：

（1）在进行钢钎穿设操作时，需要结合破坏区的具体情况，合理进行穿设操作。在钢钎穿设期间，钢钎间隔长度控制在200~800mm范围内。钢钎穿设间隔的设计，需要确保原有巷道煤矸性能平稳性，减少煤矸冒漏事故发生，保障钢钎性能。

（2）在穿设钢钎时，需要有效防控钢钎不牢固问题发生，保障工艺操作的安全性。在穿设完成时，需要将钢钎、圆形钢钻杆，有效固定在铁丝上。

（3）在钢钎穿设完成后，可作业间距介于1500~1800mm之间。在作业间距达标后，再开展超前空顶作业，形成交替施工体系。如果架棚顶部位置，发生煤质散落现象，在架设循环架棚时，需要间距控制在1500mm以内。

（4）在钢钎穿设固定时，使用的作业设备是凿岩钻机。钻孔作业区，位于底板高度3000mm处，紧挨着钢棚支护，以竖向垂直角度，完成钻孔作业。

（5）超前控顶作业环节。作业面位置，使用单体柱、木梁进行结合，以形成临时支护，放置在钢钎下方区。临时支护结构的放置，需要与钢棚相距长度保持100mm。

（6）在超前控顶作业完成后，如果钢钎安设存在较大困难，可采取顶锚杆工艺，开展临时控顶操作，同时保留钢钎支护结构。在保障钢钎安设效果的基础上，进行超前控顶作业。

2.1.4 破坏区填充工艺

在对破坏区进行填充时，需要全面考量井下的作业条件、注浆凝固效果、原材料等多重因素，综合配置填充材料属性，工艺方案如下：

（1）在采煤巷道正面进行钻孔打设，使用较低配比的水灰比例，进行注浆填充，对不完整煤岩结构进行加固处理。

（2）在打孔作业时，使用探水钻。在钻头选择时，以直径50mm规格为首选。作业时，保持每排设计钻孔2个，其中一个钻孔位置，设计在冒落矸石区，如果钻孔区未发生塌孔现象，可不进行套管操作。另一个钻孔位置，分布在空场区，同时使用套管，直径选择50mm，材质选择PVC。

2.2 无冒落矸石的工艺处理

巷道穿设作业时，如果破坏区不存在冒落煤矸石，需要保障架棚整体结构的平稳性，在架棚底部采取相应的固定措施。在小煤矿破坏区底部没有底煤资源的情况下，需要进行破底掘进作业。同时，进行注浆填充，形成具有较强抗冲击性能的支护结构。架棚外围在加固处理时，使用填充袋，以保障破坏区结构处理效果[2]。

2.3 资源复采工艺实例分析

2.3.1 破坏区情况

桐梓县众源煤业有限公司，设计生产能力30万t/年，成立于2010年。结合破坏区整体情况，对其进行煤岩情况分析，发现众源煤矿内部情况较为严重。此矿井所在区域的矿田，主要承受的外界作用有两种：第一种作用类型，横向应力最大值＞竖向主要承受应力＞横向主要承受应力的最小值；第二种作用类型，竖向主要承受应力＞横向主要承受应力的最大值。

如果矿井内藏的煤层位置较深，可视为拥有应力场特点，同时矿井横向应力具有主导性。此矿区内的横向主要应力最大与最小值，均以巷道、采矿深度为变化依据，在巷道增加、深度加深时，横向主要应力会升高。然而，此矿区应力场的边侧压力，并不会在深度增加时发生规律性变化，取值介于0.5~1.5之间。众源煤矿破坏区的顶层岩石，质地坚硬，抗压强度的测定结果是94MPa。直接顶岩石属性是页岩，呈黑灰色，质地脆弱，对其进行抗压强度检测时，检测结果是83.9Mpa。底板岩石属性同样是页岩，抗压强度相比较小，测定结果是75.8MPa。煤层结构的整体性能，抗压检测结果是58.6MPa。

2.3.2 积水探测

众源煤矿破坏区情况较为严重，以一采区受损状况为主。选择一采区两个曲面，标号分别为0902、1105，进行地质条件分析。使用瞬变电磁设备，对选定的两个工作面，进行积水、巷道空旷性探测分析，以此获取小煤矿破坏区内部状况。探测结果发现：0902曲面离地有300m，与左巷相距100m位置，有煤层，而煤层距离运煤巷道将近700m；在左帮距离80m左右位置，有低阻异常表现，证实此区域存在积水；1105曲面相距煤炭运输位置有110m左右，与左帮距离间隔有百米；在左帮相距长度有80m左右的位置，发现低阻异常，此区域能够残留积水，需要辅以钻探作业进行验证，以此保障井下破坏区作业安全。

2.3.3 矿山压力分析

在煤层开采完成时，煤岩体在自身质量条件下，会发生结构变形与质量受损，引起覆岩层内部的破损区持续扩展。为获取破坏区与煤柱岩层之间存在影响关联性，以众源煤矿0902曲面对应的地质属性为视角，进行有效分析，获取回采煤柱时的各项地质条件，包括应力场、岩层位移等，为空巷作业给出合理建议。结合现场实际勘测发现：对空巷进行开挖作业时，会对煤层原岩产生一定破坏性，引起应力场受到干扰，形成较强集中性的应力效应，如果此时在曲面进行煤柱回采，加固措施不到位的话，会引起应力效应的强力释放现象，形成较为严重的生产事故[3]。

2.3.4 回采工艺

在进行回采作业时，需要前期进行顶面垮落操作，顶面首次垮落操作的距离间隔为45cm，垮落高度控制在3.7cm左右。在直接顶操作过程中，老顶会发生一定旋转，在老顶首次垮落间隔达到60cm时，周期内垮落间隔均值达到36cm。依据1:50的配比，获取首次垮落间隔长度是30m，周期内垮落单位长度均值为18m。在回采期间，操作面与空巷的相距距离会逐渐缩小，操作面与空巷间隔潜藏的煤层，可视为宽度动态变小的煤柱。在操作面作业过程中，煤柱位置应力的集中效果会有所增强，操作面动压对于煤柱会形成一定影响，此时需要对空巷给予加固处理，防控作业事故发生。在具体复采操作时，使用先进性的机械式采煤工艺。复采工艺操作时，工艺流程共有三个环节，分别从操作曲面进行通风处理、灰尘清除、煤层自燃控制，以此保障复采工艺进展顺利，确保作业安全。

3 结论

综上所述，填充与重复采集工艺结合方式，能够有效提升小煤矿破坏区的资源回收能力，有效释放剩余煤炭资源，使煤炭资源回收效率处于67%左右，能够有效提升矿井的作业价值创造能力。经实例复采技术使用发现：证实复采工艺的作业可行性，值得推广。