老窑残煤复采技术研究与实践

老窑残煤复采技术研究与实践

胡维基李庆福时圣文

关键词：老窑残煤复采顶板管理串漏风

1工作面概况

山西忻州神达能源集团有限公司矿井位于山西省忻州市保德县城东南6km，行政区划属腰庄乡，矿井保有资源储量8069万吨，设计可采储量为3549万吨，设计井型为1.2Mt/a，设计服务年限21.12年。8201面设计开采煤层为8#煤层，该工作面煤层赋存比较稳定，煤层厚度3.0-4.0m，平均厚度3.5m，煤层结构复杂，含夹矸1-3层。煤层走向北东82°，倾向北西352°，倾角3～6°，平均4.5°，煤层普氏硬度系数f=2～3。

原小煤窑只开采了大部分8＃煤层，其它煤层没有动用。小煤窑动用的8＃煤层开采区域多为密集巷采，放炮落煤，人力装车，防爆三轮车运输。井下采巷极不规整，基本为乱采乱掘，采巷宽度4.0～4.5m，采巷高度2.5～3.0m，大部分采巷为祼体支护，局部地点支设木点柱。由于矿压显现不强烈，大部分采巷完好，小部分巷道有片帮现象，片帮深度0.2～0.5m，局部顶板有掉顶现象，掉顶高度均小于1.0m。

28201工作面顺槽过老巷掘进加固方案

2.1与工作面垂直的老巷

采用木点柱为主，锚索、木丛柱为辅的联合支护方式，即在巷道内沿中线施打一排带帽木点柱，木点柱间距为2m；在巷道断面较大或顶板有破碎、离层的地点采用锚索、木丛柱（三根木点柱为一组）联合支护方式。

2.2与工作面斜交的老巷

采用木点柱、木丛柱、锚索的联合支护方式，在巷道内施打两排带帽木点柱，木点柱间排距为2×2m；在巷道断面较大或顶板有破碎、离层的地点采用锚索（间、排距3×2m）、木丛柱加强顶板支护，如果巷道顶板破碎严重时，采用锚索配合木垛进行顶板支护[1]。

2.3与工作面平行的老巷

采用木点柱、木垛联合支护方式，在巷道内先施打两排带帽木点柱，间排距为2×2m，然后每隔4m施打一组木垛，木垛左右错差0.6m。

2.4三岔、四岔口及超高巷道

采用锚索、木垛的联合支护方式[2]，锚索（Φ15.24L6000mm）间排距为2×2m，锚索锚固力≧200KN，锚索预紧力≧100KN。木垛采用道木（长×宽×高＝1200×150×120mm）架设，间距3m。

2.5老巷加固施工顺序

由已加固地点向未加固地点稳步推进加固，严禁空顶作业。

2.6木点柱、丛柱、木垛支设

要求垂直顶底板支设，不得打在浮煤、浮矸上。

3复采工作面顺槽掘进期间与老巷隔离防漏

3.1通风设施管理

⑴确保矿井及掘进、回采工作面通风系统设计合理，控制风流的风门、风桥、风墙、风窗等设施必须稳定可靠。

⑵材料巷过老巷段老巷口两侧各3m范围内设置隔离风障（使用规格2000×1000m、网格100×100m钢丝网片搭接联成整体，然后固定在钢棚上，再将风筒布固定在钢丝网上），隔断材料巷与老巷风流联系，防止掘进的材料巷与老巷之间串风。

3.2瓦斯管理

⑴掘进工作面必须按要求悬挂便携式瓦斯报警仪和瓦斯传感器，并由培训合格的专人负责管理。

⑵严格执行瓦斯检查制度及巡检制度的规定，瓦斯检查员每班至少两次到迎头检查瓦斯，并及时了解工作面有害气体状况，班组长利用便携式甲烷检测报警仪每2小时检查一次沼气浓度，坚决做到瓦斯超限不作业。

⑶掘进工作面风流中瓦斯浓度达到1%时，必须停止使用煤电钻等一切机电设备，掘进工作面风流中瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理；电动机或开关地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理。

⑷停风区中瓦斯浓度超过1%或二氧化碳浓度超过1.5%时，必须立即汇报矿调度室，制定措施，由通风部门负责处理。瓦斯浓度超过3％时，由矿山救护队编制措施，进行排放瓦斯。

4复采工作面回采过老巷顶板管理技术

⑴工作面回采老巷超前维护长度确定为100m，工作面开采线（煤壁）前方100m范围内的老巷必须提前加固好，每班安排5人专职负责老巷超前加固工作，瓦检员（兼通风管理）、安监员在场。

⑵老巷加固前必须备足以下支护材料：圆木（长度4m，小头直径不小于18cm）200根；锚索（Ø15.24L6000mm）100套；道木（1200×150×120mm）600根。

⑶进入作业地点严格执行“敲帮问顶”制度，先用长柄工具由外向里摘除顶帮危岩，排除隐患后方可进行支设点柱、丛柱、支设木垛、锚索作业。

⑷根据现场情况对面内老巷采取支设点柱、丛柱、木垛、锚索不同支护形式。一般采用点柱支护方式，顶板破碎压力地点老巷采用点柱、丛柱、木垛、锚索组合支护形式。

⑸老巷加固顺序由已加固地点向未加固地点稳步推进加固，严禁空顶作业。木点柱、丛柱、木垛支设要求垂直顶底板支设，不得打在浮煤、浮矸上。

⑹锚索锚固力≧200KN，锚索预紧力≧100KN。

⑺要随时调整工作面层位，使工作面沿底板正常推进。

⑻揭露老巷后要及时拉移支架，升紧、接实，压力必须达到24MPa以上。老巷支护要随回撤随割煤，回一架割一架，严禁多回、超回，采煤机过后立即前探伸缩梁，护帮板护住煤壁，在老巷口（靠近煤壁线无煤壁）处立即支设单体支柱（带帽），或支设单体抬棚辅助控制顶板。

⑼过老巷时，个别超高老巷必须在支架上用道木打设木垛接顶，保证支架接顶严实，达到初撑力要求。

5复采工作面回采期间通风与瓦斯管理

5.1防止工作面串漏风措施

⑴材料巷过老巷段老巷口两侧各3m范围内设置隔离风障（钢丝网搭接联成整体，固定在钢棚上，风筒布固定在钢丝网上），隔断材料巷与老巷风流联系，防止材料巷与老巷之间串漏风。

⑵当工作面煤壁推进到距面内老巷5m时，在各条与工作面垂直（或斜交）的老巷内设置隔离风障（钢丝网搭接联成整体，固定在木板及两颗点柱上，风筒布固定在钢丝网上），隔断工作面与老巷之间的风流联系，防止串漏风。随着工作面推进，只有在煤壁前方建起第二道完整风障后才能拆除距工作面最近的第一道风障。

5.2瓦斯管理

⑴工作面每班安排一名瓦检员，随身携带便携式瓦检仪，专职负责工作面通风及瓦斯管理，确保工作面的风量达到790m3/min。凡因串漏风、巷道冒顶或其它原因造成工作面风量不足，应立即停产、断电整改，整改完毕后再恢复生产。

⑵各班班长、电钳工必须随身携带便携式瓦检仪,工作面回风隅角要悬挂一台便携式瓦斯检测报警仪,对工作面瓦斯进行监测，浓度超限时要立即停产、断电、撤人。

⑶在工作面中部、工作面回风隅角、材料巷、运输巷各设一组传感器，利用矿井KJ90NB监测监控系统对风量、风速、瓦斯浓度、温度、CO进行实时监控，如出现异常，立即停产、断电处理。

6复采工作面矿压显现规律

6.1矿压观测方法

6.1.1工作面矿压观测

矿井现有一套KJ216型煤矿顶板压力监测系统用于工作面支架压力观测，8201面共设5条压力监测线，分别在工作面10、20、30、40、50＃支架上安装监测压力表，支架压力数据直接通过通讯线缆传入KJ216型煤矿顶板压力监测系统计算机内。

6.1.2巷道矿压观测

⑴单体支柱压力观测

在材料巷、运输巷30m超前支护范围内利用单体液压支柱测力计对单体液压支柱受力进行观测，共设4个观测点，距煤壁距离分别是1.8m、10.8m、19.8m、27.8m，正常情况下4小时观测一次,临近顶板来压时1小时观测一次。

⑵两巷顶底板移近量观测

在材料巷、运输巷超前工作面80m范围内,间隔20m安设一台KY－82型顶板动态观测仪,监测顺槽顶底板的相对移近量。动态观测仪的编号始终由煤壁起依次为1#、2#、3#、4#。两巷顶底板移近量由专人观测，正常情况下2小时观测一次,临近顶板来压时30分钟观测一次。

6.1.3两巷顶板离层观测

在工作面过老巷段两巷各设一条观测线，第一组离层仪设在材料巷始揭露老巷处，以后每隔100m安装一组顶板离层仪，一条观测线安装7组顶板离层仪，两条观测线共14组顶板离层仪。顶板离层仪数据直接通过KJ216型煤矿顶板压力监测系统传入计算机内。

6.2观测结果

6.2.1来压步距

初次来压步距为25m，正常无老巷段开采周期来压比较规律，周期来压步距21～23m。过老巷段（受老巷分布、密度、顶板节理发育、煤柱强度等影响）周期来压不规律，该来不来，不该来又来，存在超前或滞后现象，过老巷段来压步距一般为17～26m。

6.2.2来压强度

初次来压时最大支护强度为0.561MPa；正常无老巷段开采周期来压时最大支护强度为0.526MPa，过老巷段周期来压时最大支护强度为0.563MPa；无老巷段正常最大支护强度为0.481MPa，过老巷段正常最大支护强度为0.531MPa。过老巷开采最大支护强度（周期来压、正常）均大于无老巷段开采最大支护强度，但来压强度少，显现不明显，不影响工作面正常生产。

6.2.3两巷单体支柱受力

两巷单体支柱压力无老巷段不超过23.1MPa（182KN），过老巷段不超过25.3MPa（199KN），支柱无自动卸载现象。

6.2.4两巷顶底板最大移近量

两巷顶底板最大移近量（煤壁前1.0m位置）无老巷段开采时为3547cmm,有老巷开采时为4623cmm。

6.2.5两巷超前支护顶板离层

两巷顶板均没有发生离层现象，表明支护强度基本合理。

7结论、问题及建议

7.1基本结论

8201面两巷支护、老巷及工作面支护选择比较合理，掘进及回采设备工艺选择比较合理，通防两巷及工作面防漏风保风量措施执行得力，工作面没有出现无风、微风及瓦斯超限事故，没有出现重大顶板事故，经综掘队、综采队、通巷队全力组织生产，8201面过密集老巷开采取得了成功，取得的主要技术指标如下：

7.1.1综掘单进

采用EBZ－160型综掘机施工，材料巷正常段（锚网支护）平均单进为382.56米/月，材料巷过老巷段（架棚支护）平均单进118.14米/月，运输巷（锚网支护）平均单进为404.67米/月，切眼（锚网、锚索支护）为172.35米/月。

7.1.2综采月产

8201面综采（MG300/700WD型采煤机、ZYY4000/16/35型掩护式支架、SGZ-730/320型刮板输送机）过老巷开采时间共计6个月，工作面平均月产达到58885吨/月，最高月产达到92807吨/月，复采回收煤炭284288吨。

7.2存在问题

7.2.1过平行老巷时工作面压力较大

⑴工作面过老巷推进到203.4m时，35＃支架压死，主要原因是35＃支架周围过平行老巷（长度45m）顶板压力大、支架状态不好。

⑵工作面过老巷推进到355.7m时，27＃～67＃支架过平行老巷（长度62m）时，29＃～36＃共8架支架压死，支架高度1.55m，无缩量。29＃～33＃支架处顶梁前2.5～3.0m发生超前切顶，顶梁至切顶处漏冒顶高度达到3～6m，29＃架前掉两大块砂岩（2.0×1.5×1.5m）。现场通过放炮破顶起高支架大板封闭后安全通过。主要原因一是过老巷顶板压力大；二是顶板节理发育不完整；三是支架状态不好。

7.2.2工作面支架整体状态不好

8201面配备的ZYY4000/16/35型掩护式支架系项目整合前所用的旧支架（2009年购买），支架整体工作状态较差。

7.3建议

7.3.1选用大阻力液压支架

考虑到过密集老巷工作面开采的特殊性和繁杂性，为保证工作面回采绝对安全，工作面支护最好选用较大工作阻力工作状态良好的新支架。

7.3.2加强采掘顶板管理，确保安全开采

继续对老窑残煤复采技术进行深入研究，在确保安全的前提下采出更多的煤炭，提高资源回收率和矿井服务年限。

参考文献：

[1]工作面过破坏区开采方法与覆岩破断规律研究[J].李杨,朱恩光,张康宁,齐北荻.煤炭学报.2017(S1)

[2]综放煤柱工作面过空巷矿压规律实测分析与研究[J].赵慧波.煤.2017(08)

[3]综采工作面极近距离跨空巷回采技术[J].王宪勇.煤矿安全.2017(08)

[4]掘进工作面过老窑空巷的通风瓦斯管理探讨[J].和凯敏.山西能源学院学报.2017(01)

[5]煤巷综掘过小煤窑空巷施工技术[J].南海鸥.江西煤炭科技.2017(03)段成海,赵炎,滕士军.综采工作面跨采巷道围岩支护及矿压规律研究[J].价值工程,2017,36(36):129-130.

[6]复采工作面揭露空巷时瓦斯变化规律研究[J].王孟超.煤.2017(09)

作者简介：胡维基，1965.01.01,，山东矿业学院，工程硕士，采矿工程；

李庆福，1969.10.31，山东科技大学，本科，采矿工程；

时圣文，1989.06.06，新汶矿业职工大学，专科，煤炭开采技术。