某矿区优化设计和整合资源创效方案探讨

时 昭

（新汶矿业集团协庄煤矿，山东 泰安 271221）

随着科学技术发展，煤矿由小规模分散布局和经营向集团化集中统一经营模式转变，煤矿管理模式也由粗放式管理向集约式管理方向进行升级，煤矿的设计和整合方案向优化和快速回采转变。我们的优化设计和整合方案主要是紧密结合现场的实际情况，从采场周边情况、巷道布置、煤岩层产状、安全生产系统情况以及煤质等等多个方面进行综合考虑，从设计、掘进、采煤到工作面撤除进行全流程优化管控，做到了一面一策、一巷一策，通过多种技术手段的实践，整合了开采资源，提高了矿井产量，创造了经济效益[1]。

1 号煤矿62102 工作面和62113 工作面区域的煤层受到落差7 mDF15 断层和落差12 m 的F4 断层的切割，形成了一块独立块段煤田。该煤田地表主要为荒山、农田，北部为矿井边界，西部为断层和采空塌陷区，东部为断层和采空塌陷区,南部及正上方采空塌陷区，地面村庄还没有全部搬迁结束。两面储量分别为30 万t 和40 万t，虽然储量比较小，但由于特殊的地质构造的影响，煤的变质程度高，煤质良好，含硫量低，发热量高。如果单独进行回采，仅安撤面一项费用就高达900 万元，从生产和经济方面都极不合理。近年来，由于村庄已经全部搬迁，加上近期主采工作面煤层含硫量高，商品煤质量较差。利用这2 个工作面进行配采，正好发挥含硫低的优势，不仅有效降低了商品煤的含硫量，提高了矿井商品煤的发热量，提高了煤质和商品煤的价格。对该块段进行联合布置优化设计和回采，能够较好地实现快掘、快安、快采和快撤，实现良好的技术经济效益。

该设计方案优点：通过优化设计与回采技术的利用，安全生产各系统且有布局集中、环节少、利用率高、工程量小、工程和工期前后衔接紧凑等优点。该方案不仅提高了优质煤炭资料的回收利用率，而且安全生产隐患明显减少，安全生产效率和效益得到了进一步的提高。

2 号煤矿4203 工作面回采2 号煤，上覆盖层厚度200～250 m。老顶为灰白色粗粒石英砂岩为稳定岩层。直接顶为节理发育灰色页岩，底部灰白色中细砂岩7～7.5 m，工作面范围内稳定。工作面煤层走向近南北，倾向西，倾角7～17°，平均11°。煤层稳定，平均厚度3.6～3.8 m。局部含1 层夹矸，平均厚度0.3～0.95 m。沿空留巷为4205 工作面的4205 材料巷，巷道断面为4.4×3.5 m 矩形，支护型式为：锚杆金属网支护。4205 工作面回采结束以后，整条巷道保留下来作为下一个工作面的材料巷（如图1 所示）。

采用装配式隔离墙技术进行沿空留巷支护。采用钢筋混凝土块C30，规格为长度* 宽度* 高度1 000 mm×800 mm×400 mm，通过钢筋混凝土块将巷道与采空区分开[2]。

沿空留巷（原巷道）加强支护：在超前支护范围内即20 m 范围补强。补强支护型式和参数：巷道顶板使用钢带梁，采用W200 mmL2 400～3 400 mm 钢带，三根Φ15.24 mm×5 000 mm 锚索。巷道帮部增加两排补强锚杆，采用Φ18 mm×1 800 mm 预应力蛇形锚杆。超前支护设计距离20 m，采用单体支柱配合∏型钢梁棚，间距1.8 m，一梁三柱。正对切眼位置处支设3架∏型钢梁棚，向外支设6 架∏型钢梁棚，一梁三柱。再往外5 架∏型钢梁棚，一梁两柱[3-5]。

砌墙主要采用砌墙机辅助人工进行施工，混凝土块由砌墙机械进行搬运和砌墙。端头支架安装：在4203 材料顺槽端头安装1 部端头架，采用迈步式进行移动，端头支架较正常回采基本架长3.5 m 左右。使用平板车将装配式砌块运到端头架外侧，采用砌墙机进行砌块的搬运作业。在砌块与砌块之间安装密封胶条，以填充砌块之间的空隙，增加砌块的稳定性，隔离采空区，采用预应力支撑柱接顶，在砌块与顶板之间填充粘塑性接顶密封材料。根据现场矿压观测情况，沿空留巷施工过程中，需要进行一次加强支护，拖后加强支护不少于50 m 左右。拖后加强支护时间一般为一个周期来压步距+5 m 以上。采用单体支柱配合∏型钢梁棚，一梁三柱，柱间距0.8～1 m，加强支护的钢棚与砌块墙间距100 mm 的加强支护形式。砌墙完成后，为了减少采空区的漏风，对砌块墙进行喷浆封闭。同时为了便于观测采空区内的情况，在墙体预留观测孔，由瓦检员进行定期观测。通过对气体参数进行测量和分析，工作期间未出现气体异常现象。

沿空留巷道进行加强支护：根据现场实际矿压观测数据情况分析，沿空留巷施工过程中，需要对所留巷道区域进行一次加强支护，拖后加强支护不少于50 m 左右。拖后加强支护时间一般为一个周期来压步距+5 m 以上，确保所留巷道支护有效，保证巷道整体的完整性。

3 号煤矿仅回收三角煤柱一项，增加了有效储量25.1 万t。3 号煤矿4206 工作面，主要回采煤层3 号煤，工作面范围内煤层稳定,煤层厚度3.2～4.4 m，平均厚度4 m；煤层走向近南北，倾向东西，倾角11°～15°，平均11°，普氏硬度系数f=0.9，煤种为气煤。工作面主要区域回采完成后，外部的三角煤区域，边回采边撤支架缩面，如图2 所示。

先将工作面调整为直角状态，从距缩面起点50 m开始，每天进行调斜，到达缩面位置前10 m，将工作面调整到直角状态，以利于顶板管理和支架撤除。

补强支护长度195 m，主要对顶板、两帮进行加强支护。主要参数：一是顶板，补打了5m 锚索配2.4 m规格W 型钢带，钢带间距2.0 m，并在近面侧顶板钢带之间另打单根锚索；二是巷帮，对巷道两帮全断面地锚网加强支护，两帮最下排锚杆距地坪不得大于1.0m。

联络巷三岔区域超前进行加强支护，加强支护长度30 m；加强支护形式采用单体π 钢棚。支护参数为棚距1.0 m，一梁三柱，柱子穿铁鞋，减小底板比压。提前安装2 台20 t 稳车，通过稳车车接力的方式，将90 号架拖入拆架硐室，然后解体，装车封牢后继续向外运输，最后运输到井上。

支架撤除后，立即空顶区域进行加强支护。采用单体支护配合π 钢棚：靠老空第一排钢棚，打设6 棵单体支柱，三棵戗柱；第二排钢棚，打设不少于4 棵单体，其中戗柱2 棵；第三排π 钢棚，打设3 棵单体。

缩面生产组织主要分为三个阶段：一是面长由130 m 缩短到70 m；二是面长由70 m 到缩短到46 m；三是面长46 m 开始铺网上绳，直至达到最终停采线为止。第一阶段为工作面共推进80 m，平均每天割煤6 个循环，生产组织方式为：每生产3 个循环撤除1 部支架。历时约24 d。第二阶段为工作面共推进32.67 m，每天割煤累计7.5～8.5 次循环。生产组织方式为：每生产3 个循环撤除1 部支架。历时8 d。第三阶段是从工作面长46 m 处开始，进行铺网上绳，到达最终停采线，历时4 d，从而将4206 工作面三角煤柱安全回收。3 号煤矿仅回收三角煤柱一项，增加了有效储量25.1 万t。其中61107 工作面三角煤柱，多回收工作面储量14 万t；回收6203 工作面角煤柱面积7 630 m2，增加储量4.1 万t，4206 工作面回收三角煤柱面积10 558 m2，多增加储量7 万t。

某矿井公司通过对所辖矿区煤炭资源的综合回采率提高了30%～35%，现公司生产规模达到了300多万t，有效提高矿井生产量，减少了矿井掘进巷道开掘数量，减少了巷道施工工程量和工人劳动量，减少了开掘顺槽巷道的资金投资，有效缓解了矿井的采掘接续，提升了工作和经济效率。