優(yōu)化巷道布置 提高煤炭資源回收率

 引言
煤炭資源是不可再生資源，如何科學(xué)合理地開采煤炭資源，提高煤炭資源回收率，使煤炭資源開發(fā)合理、有序，走向可持續(xù)發(fā)展之路已成為當(dāng)前我國(guó)煤炭資源開采急需解決的重要問題。
神華寧煤集團(tuán)靈新煤礦屬于碎石井礦區(qū)，區(qū)內(nèi)主要含煤巖層系為早、中侏羅系延安組，共含煤37層，煤層總平均煤厚27.79m，含煤系數(shù)為7.8%。由上而下編號(hào)17層，主要可采煤層5層（二、六、十四、十五、十六號(hào)煤），平均總厚度為19.56m，主要可采煤層含煤系數(shù)為6.1%。區(qū)內(nèi)開采的煤種屬于特低灰、特低硫、特低磷、較高水分的不粘結(jié)煤。現(xiàn)開采六、十四、十五、十六號(hào)煤層為中厚煤層。截止2011年12月31日，礦井保有資源儲(chǔ)量（111b+122b+333）29638.75萬噸，除去局部可采煤層以及暫不能利用儲(chǔ)量，實(shí)際期末保有資源儲(chǔ)量剩余17045.2萬噸。
1 優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)，減少區(qū)段煤柱
靈新煤礦于1985年12月開工建設(shè)，礦井共設(shè)計(jì)7個(gè)采區(qū)，2010年通過優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)，將原設(shè)計(jì)的六、七采區(qū)優(yōu)化合并為新六采區(qū)，擴(kuò)大采區(qū)走向長(zhǎng)度和工作面傾斜寬度，采區(qū)合并后，工作面走向長(zhǎng)度由原來的1500m增加到3600m，減少了采區(qū)之間的井筒保護(hù)煤柱和采區(qū)隔離煤柱，既提高了礦井生產(chǎn)能力，可多回收煤炭資源120萬噸。
2 克服地質(zhì)構(gòu)造帶及周邊小窯影響，合理布置工作面
靈新煤礦四、五采區(qū)回采工作面由于受古小窯破壞和地質(zhì)構(gòu)造的影響，無法布置正規(guī)工作面回采，我們通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，將四采區(qū)L4406工作面和L4306工作面，五采區(qū)L5114工作面采用“刀幣形”布置（圖1），對(duì)L5115綜采工作面采用“馬鞍形”布置（圖2），工作面傾向長(zhǎng)度由57米變更為280米，提高了煤炭資源回采率，多回收了煤炭資源82.61萬噸。
3 加強(qiáng)探測(cè)，回收三角煤
磁窯堡向斜軸走向近南北，北窄南寬兩翼不對(duì)稱。西翼：傾角12～14°，東翼：傾角41～80°。靈新井田東部以磁窯堡向斜軸為界主采西翼煤層。為了多回收煤炭資源，在四采區(qū)+1115m石門處施工探巷，探明磁窯堡向斜軸的具體位置，在L4506機(jī)巷于磁窯堡向斜軸之間布置了L4706工作面，多回收煤炭資源7.88萬噸。
4 改變工作面風(fēng)巷方位，布置不等長(zhǎng)工作面
復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造嚴(yán)重影響了五采區(qū)上區(qū)段工作面的回采率。基于下區(qū)段煤炭資源回采率的研究，靈新煤礦對(duì)工作面的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了充分的技術(shù)論證、分析和方案對(duì)比，甄選出最佳實(shí)施方案。對(duì)L5314綜采工作面風(fēng)巷改變方位角，采用不等長(zhǎng)布置，工作面回采過程中隨工作面傾斜長(zhǎng)度的變化不斷增、減工作面支架及刮板輸送機(jī)框架，多回收煤炭資源23萬噸。
5 加強(qiáng)礦壓觀測(cè)，合理留設(shè)煤柱尺寸，減少煤柱損失
通過礦壓觀測(cè)，結(jié)合礦井生產(chǎn)的實(shí)際情況，探索礦井礦壓顯現(xiàn)的分布規(guī)律，根據(jù)煤層群聯(lián)合開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，將下分層巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)。從理論上講，在應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，巷道越靠近采空區(qū)，壓力越小，煤柱損失越小。根據(jù)近幾年的開采經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化巷道支護(hù)方式及支護(hù)形式，將區(qū)段隔離煤柱由原來的30m減少為15m。
6 積極采用沿空留巷新技術(shù)，減少區(qū)段煤柱
沿空留巷和沿空送巷是上世紀(jì)煤炭開采的新技術(shù)，由于受開采條件限制，一直未廣泛推廣。為提高煤炭資源回收，我礦安排專人到其他礦井學(xué)習(xí)，引進(jìn)沿空留巷技術(shù)和設(shè)備，在四采區(qū)L4406工作面機(jī)巷采用沿空留巷技術(shù)，將L4406工作面機(jī)巷保留下來作為下一區(qū)段L4606工作面風(fēng)巷，減少了區(qū)段煤柱留設(shè)，多回收了煤炭資源8萬噸。
7 加大設(shè)備投入，優(yōu)化設(shè)備選型，實(shí)現(xiàn)中厚煤層一次采全高
綜采設(shè)備的選型對(duì)提高煤炭資源的回收起著決定性的作用，設(shè)備選型不當(dāng)容易造成綜采工作面丟煤或破頂、破底開采。在工作面開采前，靈新煤礦根據(jù)地測(cè)科提供的地質(zhì)資料，合理選擇綜采支架和采煤機(jī)，實(shí)現(xiàn)中厚煤層一次性采全高，杜絕因設(shè)備選型不當(dāng)造成的丟煤現(xiàn)象。
8 排除開采巨大水患，為老空下煤層開采奠定基礎(chǔ)
由于四采區(qū)綜采工作面受上覆二號(hào)煤老窯采空區(qū)積水影響，通過走訪毗鄰的磁礦老礦區(qū)，并對(duì)地表范圍內(nèi)的各類開采遺跡進(jìn)行調(diào)查和資料收集，確定了工作面頂部老空區(qū)及淺部露頭附近古小窯的確實(shí)存在性，預(yù)計(jì)古小窯內(nèi)有積水量，嚴(yán)重威脅四采區(qū)煤炭資源的正?；厥?，通過物探技術(shù)確定積水邊界，在井下利用鉆探的方式對(duì)古小窯內(nèi)的積水井下探放。在L4306、L4406工作面累計(jì)施工鉆孔182個(gè)，鉆深7650.84m，累計(jì)鉆孔疏放水量約187萬m3，現(xiàn)四采區(qū)綜采工作面已安全開采過老空區(qū)，確保了煤炭資源回收利用，多回收煤炭資源184.49萬噸。
9 積極探索河下采煤新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)西天河下無煤柱開采
西天河是井田范圍內(nèi)唯一常年地表徑流，屬季節(jié)性河流?？菟谖魈旌拥牧髁繛?0～60m3/h，豐水期（雨季）流量達(dá)到260m3/h，下暴雨發(fā)生洪水的流量為11880～15000m3/h，持續(xù)時(shí)間6-8小時(shí)，水頭高度2米。西天河河床底與侏羅地層不整合接觸，河床距基巖面的厚度5米，在基巖頂面上有礫石層，礫石層厚0.1～0.2米，礫石層含水，礫石層以上是風(fēng)積砂巖，遇水以后成泥，容易變形，導(dǎo)水性差，含水極少。
在綜采工作面采空區(qū)上方布置兩個(gè)覆巖破壞觀測(cè)孔，在工作面上方布置一個(gè)采前補(bǔ)勘對(duì)比孔。應(yīng)用JCD-2型井下彩色電視系統(tǒng)對(duì)工作面采空區(qū)上方的兩個(gè)覆巖破壞觀測(cè)孔及工作面上方采前補(bǔ)勘對(duì)比孔進(jìn)行觀測(cè)。通過對(duì)1個(gè)采前對(duì)比孔和兩個(gè)采后觀測(cè)孔所進(jìn)行的鉆孔沖洗液漏失量觀測(cè)及彩色鉆孔電視觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下：首次確定了碎石井井田靈新煤礦綜采的垮落帶高度為15.31～20.65m，冒采比為5.7～9.4，導(dǎo)水裂縫帶的高度為41.42～56.03m，裂高采厚比為18.9～20.8。工作面的基巖柱垂高約為69～119m，距西天河的最小垂距為89m，是工作面距西天河最近的地方，為了安全起見，在基巖柱垂高小于79m的塊段（50×145m2）內(nèi)實(shí)行限厚開采，使得防水安全煤巖柱尺寸能夠完全滿足《規(guī)程》的要求。在基巖柱垂高為79～119m的塊段內(nèi)，開采厚度允許不超過最大采厚2.8m，保證了西天河水體不會(huì)受到破壞。
通過實(shí)施西天河下不留設(shè)煤柱開采的試驗(yàn)，結(jié)合三下采煤技術(shù)，加強(qiáng)了礦井資源儲(chǔ)量回收，提高了采區(qū)回采率，累計(jì)在西天河下開采出煤量41.09萬噸，在公路下采出煤量18.56萬噸，合計(jì)在“三下”采出煤量59.65萬噸。
10 結(jié)束語
幾年來，通過對(duì)煤炭資源的現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)管理和利用，改變回采工藝方式，合理減少區(qū)段煤柱尺寸，積極引進(jìn)新工藝、新設(shè)備，使幾年來多回收的煤炭資源達(dá)到485萬噸，煤炭資源回采率大幅提升。