小青煤矿无煤柱开采技术应用

小青煤矿无煤柱开采技术应用

刘明辉

铁煤集团矿山救护大队辽宁调兵山112700

摘要：本文介绍了国内外无煤柱开采相关技术的研究现状，通过对铁煤集团公司小青矿E1403工作面地质条件的分析，指出了在该工作面试用无煤柱开采技术的可行性，通过无煤柱开采相关技术在该工作面的应用，在铁法煤田探索出了一条解决低透气性高瓦斯煤层无煤柱开采的新路，为以后类似煤层的无煤柱开采提供了有益的尝试，具有一定的借鉴意义。

关键词：无煤柱开采技术；小青矿应用；效果分析

1无煤柱开采技术的国内外研究现状

1.1无煤柱开采成巷技术

国外许多产煤国家大体都推行和应用了无煤柱开采技术，英国是以长壁式开采为主的国家，在1987年以前，前进式长壁采煤工作面占全国总采煤工作面的70%。由于采煤是前进式的，就必然推行无煤柱开采，采用沿空留巷方法；联邦德国时期无煤柱开采主要采用沿空留巷方法；俄罗斯近几年来，在高沼气和自然发火的厚煤层中推行无煤柱开采，取得很好的效果；波兰无煤柱开采应用较多的是沿空留巷，在高沼气和易自燃厚煤层中普遍推行无煤柱开采，也取得了较好的效果。无煤柱开采一般可使采区回采率提高10%～20%,有的甚至提高25%～30%。总之，世界主要产煤国家无煤柱开采沿空留巷的巷内支护承载能力、防漏风、防火、防有害气体等技术问题，有了一些初步的解决办法。

1.2无煤柱开采通风技术

目前我国采煤工作面大多采用U型通风系统，其优点是系统简单、经济，缺点是高浓度瓦斯集中汇流于采煤工作面上隅角，产生瓦斯浓度超限危险区。

无煤柱留巷“二进一回”Y型通风方式很好地解决了U型通风方式的弊端，有利于深部煤层的安全高效开采。Y型通风工作面采空区的漏风主要流向留巷，从根本上解决了上隅角瓦斯积聚难题；如果留巷密实性好，采空区内部容易积存大量高浓度瓦斯，利于实现高浓度瓦斯抽采；留巷为抽采采动卸压瓦斯提供了时间和空间条件，利于采空区卸压瓦斯抽采，抽采工程量小；在留巷密实性好的前提下，在留巷内距工作面切顶线一定距离或留巷末端增加留巷墙充填体(抽采覆岩卸压瓦斯或采空区埋管抽采瓦斯)，通过调节抽采量，可显著改变采空区流场结构，保证工作面上隅角瓦斯浓度处于安全允许值以下的较低值；在保证工作面瓦斯浓度不超限的安全前提条件下，通过调节二进风巷的进风比，降低工作面的风量，减少上、下端口压差，实现上部端口区域瓦斯浓度处于较低水平；由于工作面中没有来自采空区的漏风，避免了采空区瓦斯向工作面的涌入；运煤、运料设备、供电、供水等管线都在新风中，而回风巷内既无电缆道，也无管路，成为专用回风巷，大大提高了安全性；采煤工作面机电设备散热和采空区氧化热直接进入专用回风巷，工作面上、下进风巷均处于进风系统，对高温采煤工作面具有明显降温作用。

1.3无煤柱开采瓦斯防治技术

煤矿瓦斯灾害防治的主要目的是防止瓦斯积累，消除瓦斯突出，防治瓦斯煤尘煤炸。防止瓦斯积聚的主要技术途径是减少瓦斯向采掘空间涌出和稀释采掘空间的瓦斯浓度，其中加强矿井通风是稀释采掘空间瓦斯浓度最有效的方法，加强瓦斯抽放是减少瓦斯涌出的一种最有效途径。消除瓦斯突出等动力现象的主要技术途径是释放煤岩层中的瓦斯和地压。瓦斯灾害防治的辅助手段主要是控制井下火源、建立防隔爆、抑爆和个人防护体系、加强瓦斯监测。电器防爆、使用抗静电和阻燃性材料、使用煤矿许用安全爆破器材、有效防治煤层自然发火、有效控制外因火灾等措施是控制井下火源的主要途径。

1.4无煤柱开采采空区自燃防治技术

采用Y型通风，漏风路线较长，若封闭不好，采空区漏风将会增大，当采面遇断层等地质构造带时，推进速度势必减慢，增加采空区煤炭自燃发火可能性，因此，必须加强防灭火预测预报和防灭火措施。工作面回采期间采用加强留巷段堵漏封闭、下巷采空侧砌筑封闭墙等技术措施，减少采空区漏风，抑制采煤区煤炭自燃。工作面回采过程中采取灌黄泥浆和注氮的防灭火措施。工作面出现发火预兆时进行灌浆和注氮，工作面回采结束后进行灌浆防灭火。

2无煤柱开采技术在小青矿的应用

2.1E1403工作面概况

E1403工作面位于小青矿东一采区，采煤方法采用走向长壁综合机械化一次采全高全部垮落法。工作面内煤层结构较复杂，煤层层数为3～5层，夹石2～4层。煤层纯煤厚度最大1.89m，最小1.37m，平均1.61m；夹矸厚度最大0.84m，最小0.22m，平均0.46m；煤层全厚1.96m～2.73m平均厚度2.38m。煤层节理较发育，主体呈东西方向。工作面设计采高为2.5m。直接顶为细砂岩，成分以石英、长石为主，厚度一般在5m左右，老顶是以粗砂岩、砂砾岩为主的砂岩互层。煤层伪底为泥岩，厚度0.10m～0.60m，其下为粉砂岩。

2.2无煤柱开采成巷技术方案实施效果分析

对于已完成掘进的普通断面巷道，如小青矿E1403工作面拟留巷的回风平巷，如若实施原位沿空留巷技术，有两个方案：一是沿非回采侧进行预扩帮（超前扩帮），再加固。综合考虑巷道靠近工作面一侧的煤壁需要超前退锚等因素，选定第二方案。第一步，在工作面前方，对回风平巷沿回采侧进行预扩帮（超前扩帮），并对扩帮断面进行锚网梁索加固；第二步，在扩帮后的回风平巷内，于工作面后方，沿采空区侧进行巷内留巷墙充填；第三步，对留巷墙充填体进行及时加固。

经过对留巷进行观测，留巷稳定后巷道最终断面面积大于10m2，满足了留巷的要求，留巷取得了初步的成功。顶底板移近量始终大于两帮移近量，其数值的差别在工作面后方尤为明显。

2.3无煤柱开采采空区自燃防治技术方案效果分析

小青煤矿4煤层自燃发火期为3～6个月，属二类自燃煤层。E1403工作面煤层自然发火的标志性气体确定为一氧化碳，报警浓度为24PPm。为防治煤炭自燃，采取如下措施。

2.3.1煤氧化自燃的预测预报

通过采取安设一氧化碳传感器、束管监测、瓦检员检查、派专职人员取样化验分析等措施，监测CO浓度及其它自然发火特征气体浓度。

2.3.2合理配置工作面的风量

E1403Y型通风工作面初采期间，工作面的配风量860m3/min，2009年8月当工作面采过200m，在保证工作面风流瓦斯不超限的前提下，工作面的风量降至490m3/min左右，减少工作面采空区漏风，控制采空区氧化自燃带宽度，保证工作面安全生产。

2.3.3封闭留巷墙体的空隙和裂隙，减少采空区漏风

E1403工作面沿空留巷墙体出现不同程度裂隙，对防止自然发火非常不利，在E1403沿空留巷墙体与顶板空隙、墙体与墙体接合部以及墙体上已出现的裂隙上打眼埋管，注射发泡剂。

2.3.4采空区注黄泥浆

工作面回采过程中根据需要注黄泥浆。采用工作面沿空留巷留巷墙充填墙内预埋注浆管路注浆或从沿空留巷内施工顶板钻孔注浆。

2.3.5注氮

E1403工作面回采期间，因未出现自然发火预兆，故只启用了在E1403集中皮带运输石门制氮机硐室配备的一台临时制氮机，动态地在留巷墙距工作面30米处接设注氮管路随时向采空区注氮。

3结语

小青煤矿无煤柱开采技术应用，不仅为铁法矿区低透气性高瓦斯易自燃煤层的开采技术提供了支持，解决了建设高产高效矿井的瓶颈问题，而且为今后此类煤层的开采提供了借鉴和思路。

参考文献：

[1]张荣立，何国伟，李铎，等；采矿工程设计手册[M]；北京：煤炭工业出版社，2013.

作者简介：

姓名：刘明辉(1971-)；性别：男；民族：汉族；籍贯：辽宁昌图人；学历：硕士；职称：高级；研究方向：通风救护技术管理