王 彤
山西保利合盛煤业有限公司 山西晋中 031300
摘要：山西保利合盛煤业有限公司水峪井，通过巷道顶板压力应力分布分析及巷道支护设计优化，实现了小煤柱开采的成功利用，既回收了稀有煤炭资源，又为企业创造了效益。
关键词：设计优化；减小顶板应力；缩小煤柱；回收煤炭资源；应用；
引言：合盛公司水峪井开采2#煤，煤种稀缺且可采储量日渐枯竭，为保证采掘工作面的正常接续，避免矿井出现断采情况，我矿技术部门经过对巷道顶板压力应力分布分析及巷道支护设计优化，在保证安全的前提下将阶段煤柱由20m调整为3.5m。2018年以后，经过再次修改巷道支护设计，在原支护材料数量不变的情况下进行位置调整，最终将工作面阶段煤柱缩小至3m，并在2115工作面、2110-1工作面成功应用。
1 矿井地质情况
山西保利合盛煤业有限公司水峪井属于合盛煤业公司井田（兼并重组整合）的一部分，井田面积为5.8033平方公里，位于灵石县城东3.5km处，行政区域划属翠峰镇。始建于1970年，1972年投产，2002年开始技术改造，批准开采2号-10号煤层，《安全生产许可证》批准开采2#煤层。该矿井为立井开拓，井田内地质构造简单，地层总体走向为北东—南西向，两翼倾向分别为南东和北西，倾角为3°-15°，从钻探工程和井下采掘工程揭露可知，本井田总体为一宽缓的向斜构造，2#煤开采期间水文地质中等类型。2号煤顶板岩性以砂质泥岩为主，局部为砂岩或泥岩，底板岩性多为炭质泥岩或泥岩，局部为细砂岩，矿井为低瓦斯矿井。
2 小煤柱开采技术现状
我国的无煤柱开采技术已经在许多区域推广应用，无煤柱开采技术是小煤柱开采的延伸。小煤柱开采即区段之间留设3~ 5m的煤柱护巷。当前，无煤柱开采技术已发展到“110”工法沿空留巷技术，也就是在上一区段工作面回采过程中，将工作面运输通过超前预裂切缝、顶板补强支护、巷旁挡杆防护及滞后临时支护等手段保留下来作为下一区段的回风巷使用，该技术的缺点是支护过程费工费时费料，支护成本较高，巷道压力大，遇顶板破碎段要保留相当困难。目前，小煤柱开采技术经过最近几年的探索和应用，该技术已在山西保利合盛煤业有限公司水峪井甚至更广泛区域得到了推广应用，并也取得了良好的效果。
3 小煤柱留设实施方案
3.1 实施方案
根据矿井多年开采顶板压力显现15-20米影响范围及顶板岩性分析，在进行深入细致的现场调查与地质围岩评估后,运用有限差分法对巷道支护参数进行了重新设计,同时分析了不同护巷煤柱尺寸对顶板围岩稳定性的影响,通过支护强度验算，确定巷道支护设计如下表。
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将原采用的锚网+工字钢调整为锚网+圆钢梯形梁+单体液压支柱，由被动支护改为主动支护，提高了对顶板支护强度。同时针对靠近采空区巷道帮部移近量大，容易出现损坏金属网现象，用菱形铁丝网代替金属网，改变原支护设计，同时加强了对该段的顶板及围岩移动矿压观测。通过一系列的支护手段，将掘进留设3.5m小煤柱调整为3m，多回收煤炭（1000T）资源，提高经济效益。同时有效解决了2113工作面回采期间邻近2115回风巷安全施工的技术难关，很大程度的缓解了接续紧张局面。
3.2 矿压观测
为确保方案实施安全，在施工过程中对巷道表面位移情况（包括顶底板相对移近量、顶板下沉量、底鼓量、两帮相对移近量和巷帮位移量）、顶板离层情况进行观测并进行预测、预报。对表面位移观测站和顶板离层仪每班进行观测，并将观测数据记录好台账，发现异常及时分析并进行现场处理。通过从掘进-回采-回撤期间的观察，顶帮均未发生变形。
3.3 小煤柱开采优点
（1）根据顶板压力应力分布原理分析:小煤柱布置的顺槽刚好避开了外应力场集中的位置，巷道压力小，变形小，有利于支护。另外，小煤柱布置能适应所有顶板条件，也解决了沿空留巷遇到顶板破碎管理难度大的问题。
（2）采用小煤柱开采对上下邻近煤层的煤与瓦斯突出治理工作将大为降低，小煤柱布置的回风顺槽掘进过程中基本已消突，瓦斯已得到了充分释放，将大大降低瓦斯治理的成本。
（3）采用小煤柱布置顺槽能有效提高资源利用率，减少煤炭资源损失，增加矿井服务年限，进而提高矿井效益。
4 项目实施结果
4.1 直接效益
2018年以来，应用工作面缩小阶段煤柱开采技术后，2115、2110-1两个工作面多回收煤炭资源3.2万吨，按照2018年-2019年平均吨煤售价755.51元/吨，平均完全成本462.82元/吨，吨煤利润292.69元/吨测算，增加利润936.61万元，延长矿井服务年限1个月。
4.2 技术推广前景
在合盛水峪井从2018年开始应用，下一步将在合盛公司2#、4#、6#薄煤层开采继续推广应用。
5 结语
山西保利合盛煤业有限公司2115工作面、2110-1工作面通过3m小煤柱调整支护开采,均已推采完毕。通过现场监测,回风巷顶板及小煤柱侧均没有较大的破坏,顶板、煤墙比较完整,保证了工作面的正常生产;同时为企业增加了效益936.61万元,提高了煤炭回收率,为下一步合盛公司及地质条件相似矿井进行小煤柱开采提供了新思路、新方法,值得推广。
参考文献:
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