宋乃彬

(晋城煤业集团 凤凰山煤矿，山西 晋城 048007)

岳城煤矿位于寺河矿井田东区和北区的交界处，井田面积13.806 km2，矿井生产能力为150万t/a，批准开采3～15号煤层，现开采3号煤层，3号煤层平均厚度6.11 m，煤种为优质无烟煤，矿井最大涌水量49 m3/h，平均36.9 m3/h，地质水文类型中等，属高瓦斯矿井，煤尘无爆炸性，自燃发火性为三类不易自燃。采煤方法为走向长壁综合机械化分层开采，顶板管理方法为全部垮落法。全井田划分为三个盘区，东翼为一盘区，正在回采，中部为三盘区，为原南河滩煤矿整合资源，以回收煤柱为主，西翼为二盘区，正在开拓。本文针对三盘区不规则区域煤炭资源回收进行研究，Ⅲ3308(上)工作面回采结束后，剩余Ⅲ3308(下)工作面和Ⅲ3306(下)工作面两个小工作面，由于地质条件复杂，巷道破坏严重，为提高资源回收率、保证开采安全，现对采掘布局进行优化，以实现不规则区域煤炭资源科学合理高效回收。

1 生产地质条件

1.1 工作面地质条件

Ⅲ3308(下)工作面开采二叠系下统山西组3号煤，煤层总厚度6.02～6.87 m，平均6.30 m；煤层结构简单，下部含0.2 m厚夹矸，煤层倾角1～5°，平均3°。煤层顶底板特征如表1。

煤种为优质无烟煤，灰分14.79%，硫分0.32%，发热量29.87 MJ/kg，煤层普氏系数f=3.5～4，容重1.45 t/m3，受上分层回采影响，裂隙发育，瓦斯含量低。顶板为上分层回采过程中敷设的金属网假顶，预计胶结程度差，底板比压为2.28 MPa。

表1 煤层顶底板特征

1.2 周边开采情况

Ⅲ3308(下)工作面及周边回采情况如图1所示：Ⅲ1308、Ⅲ3308、Ⅲ3306工作面上层全部回采完毕，Ⅲ3305、Ⅲ3307工作面上、下层均已回采完毕，其中，Ⅲ3305、Ⅲ3306、Ⅲ3307工作面为原小煤窑回采。

图1 Ⅲ3308(下)工作面位置关系及回采情况

1.3 采掘规划

按照原规划，Ⅲ1308(下)工作面外错布置，Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)工作面内错布置。如图2所示。

图2 原采掘规划

1.4 存在问题

1) 资源浪费较多，Ⅲ1308(下)工作面与Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)工作面之间煤柱宽度68～130 m、长800 m，两个小面间的煤柱宽100 m、长140 m；

2) 三条南翼大巷为原整合矿井施工的巷道，巷道变形严重，维护工作量大，设备运输困难；

3) 矿井风量紧张，需尽快回收各个小面，优化矿井通风系统。

2 设计优化研究

2.1 设计优化思路

1) 将原Ⅲ3308(下)与原Ⅲ3306(下)工作面进行合并，作为一个工作面进行回采；

2) 将工作面巷道内错布置改为外错布置；

3) 将南翼胶带巷作为新工作面一条巷道，充分利用已有巷道，减少掘进工程量，同时，封闭无用巷道，简化通风、运输等各系统。

2.2 优化后工作面布置

平行Ⅲ1308(上)综采工作面进行布置，工作面布置方向为东西方向，巷道沿南北方向，与东翼辅助运输巷成90°夹角，工作面回采方向为由南向北回采。

工作面设计走向长度896 m，根据巷道布置分为三个阶段，一阶段倾斜长度(切眼一)133.5 m，可采长度168 m；二阶段倾斜长度203 m，可采长度345 m；三阶段倾斜长度从203 m逐渐增加到218 m，可采长度383 m。

两条顺层巷道，分别为Ⅲ3215巷、Ⅲ3216巷，均沿3号煤层底板布置。Ⅲ3215巷位于Ⅲ13081巷东侧(位于Ⅲ1308(上)工作面采空区下)，距离9 m(中—中)，担负进风兼运煤任务；Ⅲ3216巷分为3段，第一段为利用原有巷道(南翼胶带巷)、第二段位于Ⅲ33083进风联络巷口东侧(Ⅲ3308(上)工作面采空区下)，距离12.6 m(中—中)、第三段位于Ⅲ33083巷东侧距离9 m(中—中)；担负回风兼运料任务；切眼一位于上层工作面切眼一向南10 m(中—中)；切眼二位于上层切眼二向北30 m(中—中)。

工作面设计如图3所示。

图3 优化后Ⅲ3308(下)工作面布置

2.3 存在问题及解决措施

1) 存在大量上分层空巷。靠近工作面机头侧有3条垂直于工作面的空巷及23个联络横川，工作面从初采到回采结束要通过Ⅲ33081巷与Ⅲ13082巷的联络横川(7个)，通过Ⅲ13082巷、Ⅲ13081与Ⅲ13082的联络横川(18个)。

工作面在通过空巷及其联络横川时，经常出现顶板漏矸，尤其是当工作面同时通过上分层的两个联络横川时，现场顶板破碎严重，工作面维护工作量大，将直接影响产量和煤质指标。

采取的措施为：① 在现场作业过程中，每一次过上分层横川前，要提前调整机头、机尾的进度差(至少相差8 m)，然后采取降采高、集中连续推进机头快速通过的方法，保证安全快速通过；② 通过上分层横川时，上分层的瓦斯会通过空巷、横川处顶板扩散到下分层工作面，造成上隅角、回风口探头瓦斯增高，每次在通过横川时，严格控制机组割煤速度，割煤与移架依次进行，不得同时作业；③ 针对工作面片帮、顶板破损现象，坚持上平行板梁、拉超前架维护顶板的措施，综采队由经验丰富的老队长进行跟班，严格执行过空巷安全技术措施。

2) 平行于工作面的本层空巷。Ⅲ3308(下)工作面在回采过程中，需要通过南翼进风巷、南翼回风巷、南翼轨道巷以及联络横川等空巷。由于南翼进风巷、南翼回风巷、联络横川为原小煤窑遗留巷道，对于目前Ⅲ3308(下)工作面回采已经不再使用。南翼轨道巷目前还在使用，作为工作面安装二切眼时设备进出的巷道及正常回采的进料通道。当工作面距以上空巷100 m左右时，南翼轨道巷不再使用。

南翼进风巷、南翼回风巷、南翼联络巷为原小煤窑遗留采区巷道，巷道断面尺寸受矿压影响底鼓和片帮严重，局部顶板较破碎，巷道断面尺寸约为：3 m×2.5 m，巷道仅采用木棚支护，棚距大小不一，300～400 mm。部分木棚木梁断裂、木棚腿折断。为了保证巷道通风，在巷道中部补打一部分锚索以加强支护。巷道底板局部底鼓严重，底鼓量大部分在500 mm左右。

南翼轨道巷为锚网支护巷道，沿3号煤层底板布置，巷道断面4 m×3 m，巷道局部两帮鼓出严重。

Ⅲ3308(下)工作面在回采过程中必须通过南翼进风巷、南翼回风巷、南翼轨道巷以及联络横川，而且这些空巷有的平行于工作面推进方向、有的垂直于工作面推进方向，情况非常复杂。空巷情况统计如表2所示。

表2 Ⅲ3308(下)综采工作面空巷统计

采取的措施为：根据工作面空巷条件，提出搭设木垛进行支护、锚杆锚索联合支护、超高水材料充填三个通过空巷方案，通过数值模拟进行对比分析，最终选定采用超高水材料充填过空巷方式过Ⅲ3308(下)工作面空巷。

3) 工作面回采后期，3216巷(利用的原南翼胶带巷)与工作面不垂直，工作面长度逐步加长，由203 m逐步增加到218 m。

采取措施为：每推进35 m，在机尾增加一个支架和一节溜槽。

3 实施效果

3.1 工作面回采情况

1) 通过采取以上针对性措施，Ⅲ3308(下)工作面2018年7月安全顺利回采完毕，共计历时255 d。

2) 对于机头侧上层空巷，采用上平行板梁、拉超前、磨三角等措施进行管理，回采过程中未发生事故。

3) 2017年12月至2018年2月，南翼进风巷、南翼回风巷及联络横川累计充填5 546 m3，充填材料用量693 t。2018年5月份工作面回采安全通过中部空巷充填区域，对Ⅲ3308(下)工作面液压支架压力进行监测，如图4所示。

图4 距离空巷不同距离工作面支架压力

由图4可知，工作面支架最大工作阻力达到21 MPa，为工作面距离空巷2 m左右，其它时间支架工作阻力在20.1～20.5 MPa，变化幅度非常小。

在通过空巷的过程中，工作面没有出现片帮现象，也未出现漏顶现象，表现出充填体的良好承载能力。

3.2 效益分析

1) 设计优化后，多回收煤炭资源37.22万t，按当时吨煤均价511元计算，可增加营业额1.9亿元。

2) 避免了原小窑巷道矿压显现、巷修工程量大的难题，减少巷修维护成本，提高了顶板管理的安全系数。

3) 两个工作面合并成一个进行回采，减少1次工作面设备的安装及回收。

4 结 语

本文针对岳城煤矿整合原南河滩不规则块段的煤炭回收问题，创新设计思路，科学优化实施，成功解决了工作面重复安装回收问题，减少掘进工程量，增加回采煤量37.22万t，创造效益1.9亿元。对边角煤柱回收具有借鉴意义。