煤炭高效安全生產開發及加工技術

　　　一、井工煤礦長壁式開采中，普遍在大巷與上山兩側留設保護煤柱，工作面末采期間需要提前留出設備回撤通道。
　　這種布置方式存在的問題包括：① 礦井回采率低；② 設備回撤速度慢；③ 回撤通道工程量大與支護困難等。峰峰集團梧桐莊礦182312綜采工作面為三采區2#煤層最后一個工作面，計劃在182312工作面開采結束后，對上山保護煤柱進行回收，如何實現182312工作面末采及支架回撤，直接關系到182312外工作面（回收上山煤柱的傾斜工作面）布置。針對上述問題，冀中能源峰峰集團有限公司與中國礦業大學（北京）合作，在梧桐莊礦開展了“走向與傾斜長壁工作面協同高效開采關鍵技術研究”。項目歷經近三年時間，到達了預期目標，所提出的研究成果已在峰峰集團梧桐莊等礦得到推廣實用。
　　項目以峰峰集團梧桐莊礦182312走向工作面與182312外上山煤柱回收工作面（圖1）為工程背景，采用理論研究、數值分析、物理模擬與現場實測結合的方法，提出并成功應用了走向工作面無煤柱末采技術；在此基礎上，利用已停采走向工作面液壓支架對上山巷道進行巷旁支護，形成新型沿空留巷技術，為182312外上山煤柱回收工作面服務；利用182312外上山煤柱回收工作面沿傾斜方向推進與巷旁加強支護液壓支架的空間關系，實現已停采走向工作面液壓支架的有序、快速回收，形成了全套的走向與傾向長壁工作面協同高效開采技術。
　　二、項目取得的主要研究成果：
　　⑴ 提出并實施了走向長壁工作面末采貫通上山作為回采巷道和回撤通道的新技術，為傾斜長壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保證了傾斜長壁工作面的銜接開采，提高了采區回采率、降低了巷道工程量。
　　⑵ 研發了以液壓支架作為巷旁支護核心的沿空留巷技術，采用長錨索等補強支護方法，有效控制了所留巷道圍巖變形，保障了回撤通道的安全復用。
　　⑶ 研究得到了綜采工作面超前支承壓力對采區煤柱穩定性的作用規律，提出了控制采高、提高推進速度的末采工藝，實現了上山煤柱回收與上山內液壓支架快速、有序回撤協同作業。
　　3.推廣應用情況、所取得的社會和經濟效益
　　項目已于2018年12月通過中國煤炭工業協會組織的科技成果鑒定，研究成果已在峰峰集團梧桐莊三采區、八采區等處開展應用，取得了顯著的經濟和社會效益。
　　以梧桐莊三采區182312走向長壁工作面和182312外傾斜長壁工作面為例。與傳統留設40m寬的保護煤柱相比，該技術可多回采煤炭資源量4.8萬t，新增直接經濟效益5760萬元，新增利潤4320萬元；此外，該技術利用上山作為支架回撤通道，不必另外掘進專用回撤通道，可節省掘進維護及人工費用318萬元；相比傳統支架回撤，可節省巷道掘進工時和支架回撤工時，可產生近1.0億元時間效益。
　　三、主要科技創新
　　以峰峰集團梧桐莊礦2#煤層三采區182312走向長壁工作面和182312外回收煤柱傾斜長壁工作面為工程背景，采用理論分析、數值計算、物理模擬、現場實測和工業性試驗相結合的研究方法和手段，提出并成功應用了走向工作面無煤柱末采技術；在此基礎上，利用已停采走向工作面液壓支架對上山巷道進行巷旁支護，形成新型沿空留巷技術，為182312外上山煤柱回收工作面服務；利用182312外上山煤柱回收工作面沿傾斜方向推進與巷旁加強支護液壓支架的空間關系，實現已停采走向工作面液壓支架的有序、快速回收，形成了全套的走向與傾向長壁工作面協同高效開采技術。
　　創新1：提出并實施了走向長壁工作面末采無煤柱貫通上山作為回采巷道和回撤通道的新技術，為傾斜長壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保證了傾斜長壁工作面的銜接開采，提高了采區回采率、降低了巷道工程量
　　傳統走向長壁工作面末采時，停采線一般要與上山之間留設寬20～40m的護巷煤柱，造成大量煤炭資源損失。在傳統支架回撤工藝中，無預掘回撤通道、預掘單回撤通道和預掘雙回撤通道是最常用的三種方式，即在停采線處采用采煤機擴幫或者開掘專用回撤通道。無論采用哪一種回撤方式，停采處都要與上山之間留設護巷煤柱，且增加巷道掘進工程量，增加巷道掘進、支護材料及人工費用。
　　基于上述傳統末采及回撤工藝存在的問題，結合梧桐莊三采區的工程背景和開采現狀，提出走向長壁工作面無煤柱貫通上山技術，利用貫通上山作為支架回撤通道和傾斜長壁工作面的回采巷道，提高了采區回采率，降低了巷道工程量和支護成本。
　　⑴ 采用現場實測方法，獲得走向長壁工作面的常規礦壓顯現規律。在182312走向長壁工作面的液壓支架布置測站，自開切眼處至工作面推進100m的過程中，監測液壓支架壓力變化，得到了182312走向長壁工作面基本頂初次來壓步距為42m、周期來壓步距為20m，工作面中部支架阻力大于端頭支架阻力，工作面下端頭支架阻力略大于工作面上端頭支架阻力等走向長壁工作面常規礦壓顯現規律。
　　⑵ 采用理論分析方法，結合采區煤柱、回撤通道與工作面空間位置關系（圖3-1），建立了采場支承應力分布的力學平衡方程，并對煤柱穩定影響因素進行了分析。這些影響因素包括：① 埋藏深度H；② 側壓系數λ；③ 摩擦因素f；④ 斷裂線距離回撤通道非開采幫距離d；⑤ 超前應力集中系數K；⑥ 采高h；⑦ 回撤通道寬度w1、工作面開采空間w2和煤柱尺寸w；⑧ 回撤通道阻力f1與工作面液壓支架工作阻力f2。計算并分析了上述因素對煤柱穩定性的影響規律。
　　四、結束語
　　綜上所言，煤炭經濟已經成為國民經濟的重要組成，煤炭的生產關系著社會現代化能源供應水平的高低。作為煤炭企業，在日常生產加工期間引進先進的加工工藝是不可缺少的，穩定煤礦安全生產的良好局面，必須大力加強安全生產管理工作，只有這樣，才能促進煤礦安全生產的健康發展。