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曹家沟矿井煤柱安全回收的实践

文档作者：李同荣1 杨峰文档来源： 1．霍州煤电集团昶元煤业有限公司 2．中国矿业大学		点击数：	更新时间： 2022年12月10日
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114 能源技术与管理 2012年第3期
doi：10．396 issn．1672—9943．2012．03．o47
曹家沟矿井煤柱安全回收的实践
李同荣1，杨峰
(1．霍州煤电集团昶元煤业有限公司，山西乡宁042100；2．中国矿业大学应用技术学院，江苏徐州221008)
[摘要] 曹家沟矿井资源枯竭后进入了回撤阶段，根据具体条件，通过对煤柱回收阶段的巷
道布置、采煤方法、安全管理等方面的合理设计，曹家沟煤矿在煤柱回撤阶段取得
了较好的技术及经济效益。其做法对于相似条件的矿井具有较好的应用价值。
[关键词] 煤柱回收；采煤方法；安全管理
[中图分类号]TD823．87[文献标识码]B [文章编号]1672-9943(2012)03 1 14一O3
1 矿井基本情况
曹家沟矿井井田南北长2．37 km，东西宽
2．12 km，面积3．668 4 km 。经三次技术升级改造，
矿井生产能力由21万t／a提升至100万t／a，该矿
历经11 a开采，井田内资源已经枯竭，矿井进入
回撤结束阶段。
目前曹家沟矿井剩余可采储量为43万t，全
部为大巷煤柱、采区巷道与各回采工作面留设的
煤柱。
采区皮带巷与采区轨道巷留设的煤柱宽度为
50 m；采区皮带巷与左翼工作面留设的煤柱宽度
为45 m；采区轨道巷与右翼工作面留设的煤柱宽
度为45 m。结合矿井实际情况，煤柱回收范围确
定如下：①西(右)部边界：位于采区轨道下山巷向
右30m处、以0。方位施工煤柱回收轨道巷1 100m
到设计位置；②东(左)部边界：位于采区皮带下山
巷向左30 m处、以0。方位施工煤柱回收皮带巷
1 290 m到设计位置；③北部边界：以采区集中变
电所退后20 m为北部边界；④南部边界：以矿界
南部煤柱边界为界。
2 地质特征
2．1 地质构造
井田区域构造位置处于祁吕贺山字型构造东
翼外带的西缘，洪洞县龙门正弦状构造中细坪一
公峪一山头凹一梨凹里向斜中段轴部，罗云山压
扭性断裂西侧。受区域构造的影响，井田整体呈向
南偏东倾斜的单斜，在此背景上，叠加有轴向呈北
北东一北西向展布的开阔平缓的褶皱和北北西走
向的迭瓦状压扭性断层，受此影响，地层呈波状起
伏，产状变化较大，倾角3。～5。左右。
根据两侧相邻工作面在回采过程中揭露情
况，煤柱回收工作面地质构造简单，不会揭露较大
的隐伏构造，对煤柱回收工作影响不会太明显。
2．2 主要含煤地层情况
井田内含煤地层主要为太原组和山西组，山
西组含1 、2 、3 三层煤，太原组含5 、6 、8 、9 、
10 、11 六层煤，主要可采煤层为11 煤层。全区稳
定可采，平均厚度为2．81 m，煤层倾角30-5OO其伪
顶为粘土质泥岩，厚度0．2～04 m，节理发育，易冒
落；基本顶为粉砂岩，局部夹薄煤层，节理不发育。
直接底为砂质泥岩及粘土质页岩，平均厚度
12．27 m，节理中等发育。
2．3 水文地质
曹家沟矿井所属水文地质单元为龙子祠泉
域。矿区地貌属低山丘陵区，以黄土垣、梁、峁为
主，冲沟发育，各沟谷均为雨季排洪通道，为季节
性河流，雨后洪水能及时流走。主要含水层自上而
下为第四系砂砾含水层、石盒子组砂岩裂隙含水
层、山西组砂岩裂隙含水组、太原组石灰岩岩溶裂
隙含水组、奥淘系中统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含
水组。井田煤层处于02静水位线以上，不带压，
影响11 煤开采的主要为上覆K2灰岩含水层。该
含水层含水较弱，且经过大面积开采，已基本疏
干，对煤柱回收影响较小，矿井水文地质条件属简
单型。预计回采期间的涌水量6-8 m ，最大为
12 m m。
2．4 瓦斯、煤尘、煤层自然发火情况
曹家沟矿井主要可采煤层为1 1 煤层，平均
厚度为2．81 m，2008年瓦斯鉴定结果：相对涌出
量为2．28 m3／t、绝对涌出量为1．38 m3／min，属低瓦
斯矿井；煤尘具有爆炸危险性，属Ⅱ类自燃煤层，
煤尘爆炸指数为33．89％，无自燃发火期。
2012年第3期 李同荣，等曹家沟矿井煤柱安全回收的实践 115
3 开采方法
3．1 设计方案比较和选择
曹家沟矿井井下资源回收主要以煤柱回收为
主，其煤柱回收工作面顺槽巷长度1 100 m，工作
面长度110 m，其中，包括过空巷3 120 m，过水仓
1个，配电室1个，过风桥3个，结合煤柱回收工
作面实际生产条件情况，制定了两个回收设计方
案，一是回采中遇风桥直接通过，不另行施工切
巷；二是回采过程中不过风桥，遇风桥退后另行施
工切巷。
通过综合分析，尤其是从安全方面考虑，方案
一较方案二减少搬家次数，非正常作业较少，于安
全生产有利；风桥维护制定专项维护措施后充填，
从技术手段上可保证安全生产需要。采用方案一。
3．2 采煤方法
煤柱回收工作面采煤方法采用综合机械化走
向长壁一次采全高，全部垮落法管理顶板E 。
(1)采煤工艺。工作面采用MGTY一250／600—
1．1D型双滚筒可调高采煤机落煤，工作面溜子选
用MGZ一764／630型刮板输送机，顺槽运输选用
SZQ一730／75型转载机和ssJ—lOOO／2型皮带。
(2)顶板管理及支护。工作面端头支护使用
特制端头支架E ，配合单体支柱及仃梁进行维护，
上、下端头沿放顶线按要求支设封口柱E 。
正、副两巷超前维护使用单体支柱配合短仃
梁进行维护，要求超前支护距离单排不小于20 m，
双排不小于10 m，柱距为1 m，排距为1．8 m，距煤
壁不小于0．8 m。要求超前支护单体支柱必须全部
穿鞋，短 梁垂直巷道布置，且全部使用防倒装
置连锁。
(3)回采工作面支护设计及支架设计选型。
根据11 煤工作面顶底板岩性、煤厚、矿压等，工
作面选用ZY3200—18／37型两柱排挤式支架。支架
主要参数为：支撑高度1 800～3 700 mm，支架中心
距1 500 mm，支架初撑力2 607 kN，支架工作阻力
3 200 kN，支护强度0—64 MPa，底座比压1．18—
1．24 MPa，支架质量13 000 kg，泵站额定供液压力
31．5 MPa。
支架承压计算：
Ps=72．3Hm+4．5厶p+78．9Be一10．2N-62．1
式中，风为额定支护强度下限，kN／m ；Hm为
采高，取2．8 m；Lp为基本顶周期来压步距，取
27 m；Bc为控制宽度(端面距加顶梁长度)，4．09 m；
Ⅳ为填充系数，取1．2。
则Ps=0．572 MPa
支架支护强度最小为0．64 MPa>0．572 MPa
根据验收结果，所选支架ZY3200—1 8／37掩护
式支架满足支护需要。根据煤层顶底板岩性，1 1
煤顶板为砂质泥岩，底板为石英砂岩，所选支架也
可满足要求，不会出现支架下陷现象。
(4)工作面最大、最小控顶距及放顶步距。1 1
煤工作面选用ZY3200—18／37型掩护式支架，最大
控顶距为4 540 mm，最小控顶距为3 940 mm，放
顶步距为600 mm。
(5)劳动组织、作业方式、循环进度和正规循
环个数。劳动组织按三八制作业方式进行，两班生
产，一班检修，0点班和8点班各3个循环，4点班
2个循环，1 d 8个循环。
3．3 巷道布置情况
曹家沟矿井煤柱回收范围内原有巷道两条，
即采区皮带巷、采区轨道巷。为回收煤柱，新施工
巷道两条，即煤柱回收皮带巷和煤柱回收轨道巷。
4条巷道均布置在11 煤层中。其中煤柱回收轨道
巷与采区轨道巷间距30 m；采区轨道巷与采区皮
带巷间距50 m；采区皮带巷与煤柱回收皮带巷间
距30 m。煤柱回收工作面切巷长度1 10 m(矿井边
界末瑞联巷作为切巷)。
煤柱回收工作面巷道均采用矩形断面，锚网
梁索联合支护。顺槽巷道净宽为3 400 mm，净高
为3 000mm，毛宽为3 600mm，毛高为3 100mm。
巷道沿煤层顶、底板掘进。
煤柱回收切巷，巷道净宽为5 800 mm，净高
为3 000 mm，毛宽为5 900 mm，毛高为3 100 mm，
巷道沿煤层顶、底板掘进。
3．4 开采顺序
煤柱回收巷工作面采用由里向外后退式顺序
推进。
4 矿井安全回撤阶段的生产系统
煤柱回撤工作面的通风采用机械压入式通
风，通风方式为两进两回，即煤柱回收轨道巷、采
区轨道巷为进风巷，采区皮带巷、煤柱回收皮带巷
为回风巷，在煤柱回采过程中通过施工调节来调
整工作面风量，煤柱回撤前期按一采、一掘进、一
泄水巷考虑。
回收煤柱期间分4次调整运输系统，确保煤
柱回撤期间的正常生产，运料主要以绞车配合无
116 能源技术与管理 2012年第3期
极绳绞车进行运输，每回撤300 m移尾轮一次，回
收结束后安装1部25 kW绞车进行运输。
根据回收煤柱采区供电系统拟定的原则，结
合井下回收煤柱采区供电现状，回收煤柱期间供
电系统分别调整3次，确保煤柱回撤期间的安全
供电。
煤柱回收工作面回收期间排水系统分两个阶
段，确保了煤柱回撤期间的排水需求。
掘进期间压风采用32 m 移动式螺杆空气压
缩机，硐室内安装2台压风机，1台使用，1台备
用。1台压风机可服务3个掘进头。
煤柱回收正副巷、皮带机头、乳化液泵站、变
电所、水仓处、各部皮带机头都必须配置矿用隔爆
电话；采区内各输送机、各部绞车之间，采煤机与
工作面输送机之间，都必须有安全可靠的信号联
系。矿井安装了KJ90NB煤矿安全生产监控监测
系统。
5 安全保障措施
(1)在瓦斯管理上。加强通风系统管理，防止
瓦斯积聚、瓦斯超限和引燃引爆，加强停电停风管
理。
(2)在煤尘管理上。一是建立健全防尘责任
制；二是洒水管路按规定接好三通和阀门，定期冲
洗巷道；三是坚持放炮使用水炮泥，严格按规定安
装放炮水幕；四是回采工作面严格按规定使用机
组内外喷雾，否则严禁生产；五是各放炮地点必须
在洒水管末端安装“四位一体”装置；六是综掘工
作面必须配备洒水管路及静化水幕，并安装内外
喷雾装置；七是工作面必须严格使用除尘风机；八
是各采掘工作面巷道及设备要建立定期清扫煤尘
制度，防止煤尘堆积。
(3)加强火工品和放炮管理，杜绝放炮事故
的发生。加强煤尘自燃预报工作，防止煤尘自燃事
故发生；加强防治水工作管理，确保排水管路、排
水设施到位。
(4)特殊安全技术措施。对原有空巷进行维
护加固，回采过程中过风桥维护采用锚索配合矿
工钢支护，对水仓底板进行充填捣实后用混凝土
浇灌，以防在回采推进过程中支架底座下陷。
6 矿压监测分析
(1)新掘巷道矿压监测分析。受原采空区影
响，巷道两帮移近量最大值为15 mm，顶底板移近
量为40 mm；掘进期间顶板没有发现有离层现象；
随机抽查顶、帮锚杆锚固力，合格率均达到设计要
求。
(2)回采期间巷道矿压监测分析。在回采期
间，超前支护段内巷道变形量为：新掘巷道两帮的
移近量最大值为310 mm，其中左、右两帮移近量
分别为160 mm和150 mm，顶底板最大移近量为
450 mm，其中顶板下沉量为150 mm，底鼓量为
300 mm；原采区巷道两帮的移近量最大值为
260 mm，其中左右两帮移近量分别为150 mm和
110 mm，顶底板最大移近量为310 mm，其中顶板
下沉量为130 mm，底鼓量为180 mm。在回采期间
通过对顶板和两帮补强支护，确保了回采期间的
安全生产。
7 经济效益分析
在采区巷道和原回采工作面留设的煤柱中间
施工了煤柱回收的正副巷，煤柱回收工作面的长
度由50 m增加到110 m，多回收资源量26万t；遇
风桥直接推进，减少搬家次数，少掘进巷道440 m，
多回收资源量2．4万t；采用综采工艺，提高资源
回收率，回采率达到了90．7％，减轻了职工的劳动
强度，确保了安全回撤。
8 结论
曹家沟矿井煤柱安全回撤方案在技术上是切
实可行的，经济上是合理的，采用的回采工艺适合
矿井的实际情况，采取的措施保证了回撤工作的
安全顺利。曹家沟矿井在煤柱回撤上做到了精采
细采，回收率高，成本低，安全可靠，为相似矿井的
煤柱回撤提供了宝贵经验，具有较好的推广前景。
[参考文献]
[1]彭少桂，刘国华，应福生．浅谈桥二煤矿井筒煤柱的回
收[J]．江西煤炭科技，2010(2)
[2]张天然，魏栋梁，王悦勇．煤柱回收可行性分析[J]．中
国矿业，2010，19(6)
[作者简介]
李同荣(1965一)，男，工程师，现任霍州煤电集团乡宁
昶元煤业有限公司总工程师，长期从事生产技术和管理工
作。
[收稿日期：201卜1O—O5]

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