關於複采階段煤柱方法及有關問題的探討

關於複采階段煤柱方法及有關問題的探討

一、 前 言
撫順市東洲區鑫地源煤業有限責任公司所屬一礦（原為撫礦三公司煤礦）、二礦（原為撫礦七公司煤礦），均始建於1994年，原為集體所有製企業，現已合並並轉製為民營有限責任公司。
兩礦最初建礦的目的是,為解決原龍鳳礦所屬的七公司、三公司部分職工的再就業問題.充分利用原龍鳳礦已報廢的生產係統回收開采原龍鳳礦日偽時期及建國初期的各開采階段水平預留煤柱（以下簡稱：階段煤柱）和殘留煤炭等剩餘煤炭資源。
兩礦自1994年建礦，至1999年底，經過五年的技術改造，礦井已初具規模，並由原龍鳳礦地質設計科負責設計，經原撫順礦務局（現撫礦煤業集團公司）以撫礦生字[1999]158號文的批複，同意兩礦利用原龍鳳礦已報廢的一、二、三（三公司煤礦）、四、五、六（七公司煤礦）號斜井及部分開拓水平骨幹巷道的生產係統，開采－325ｍ水平和－280ｍ水平的段間煤柱。截止1999年底，礦井的生產能力已達5.00萬ｔ/ａ。隨著時間的延續和生產水平的發展，並經過礦井多次技術改造，由遼寧省煤炭工業局於2003年9月,對兩礦的生產能力均重新核定為12.00萬ｔ/ａ，於2005年10月，再次重新核定為20.00萬ｔ/ａ。
二、關於複采階段煤柱方法探討
礦井自1994年至2003年期間，由於受當時生產技術條件、經濟基礎及工程技術管理人員缺乏等諸多因素的影響，一直采用非正規開采方法（即殘柱法高落式開采方法）進行采掘活動。該開采方法的生產準備是沿煤層走向或傾向開掘大量煤巷，回采時是由巷道切割成的部分小塊煤柱進行人工爆破落煤，工作麵頂板管理采用不支護或少支護的方式。該方法無論是在安全、開采設計及規劃、生產接續上；還是在安全生產管理等方麵都存在很大的困難，不僅不符合國家有關法律、法規、規範、《煤礦安全01manbetx 》及技術標準的要求，而且也製約著企業的自身發展。其主要表現有如下缺點：
1、該方法是在正壓通風下進行作業
由於所謂殘柱法高落式開采方法就是掘進送道采煤，故在整個生產準備及開采過程中，都需安設通風局扇來給作業場所供風。這不僅多耗費大量的電能，使得噸煤成本大大提高，而且如果出現兩個以上作業場所時，就將出現串聯通風或循環風的不安全局麵，給安全生產帶來安全隱患。
2、掘進巷道長度受瓦斯湧出及通風距離的限製
在生產準備過程中，如果巷道過長，工作麵的瓦斯很難排出，很容易出現循環供風現象，這將造成瓦斯02manbetx.com 。如果巷道過短，雖然解決了通風問題，但又給生產接續、係統布置造成一定的影響。故該方法由於受瓦斯及通風距離長度等條件的製約，所以在一次生產準備中所圈定的煤量也就受到限製，從而造成巷道掘進率增大、產煤量少、生產率低等被動局麵。
3、殘柱法高落式開采方法不能滿足作業人員在有支護條件下進行作業，回采條件惡劣，不安全
由於該方法是送完巷道後，在巷道內進行放倉，而倉內不但沒有支護，而且麵積大、頂板又相當高，作業人員需站在冒落的浮貨上進行打眼、裝藥等作業活動，這是相當危險的，隨時都有可能造人員傷亡02manbetx.com 。故在安全上沒有保障。
4、工作麵不具備安全出口
由於該方法是獨頭作業，因此不具備兩個安全出口。采用該方法一旦作業場所的後方出現冒頂，必將所有作業人員全部堵在裏麵，使得作業人員無法逃生。如果冒頂麵積特別大，很有可能造成多人傷亡02manbetx.com 。
綜上所述，該方法不僅屬於極其落後的、也是我國已經淘汰多年的采煤方法，而且在安全上存在著非常大、相當多的安全隱患。據統計礦井自1994年至2003年期間，僅直接在采掘活動中造成死亡人數占死亡總數的85﹪，給礦井帶來巨大的經濟損失。同時，在生產技術管理上也存在著相當大的困難，在礦井生產係統布置上極為困難，造成生產準備接續十分緊張，製約著企業的經濟發展。
因此，為了企業能夠長期可持續的生存與發展，根據國家最近提出的取替一切非正規的采煤方法的要求，必須尋求適合本礦井地質條件的采煤方法。於是在2003年年末至今，通過不斷的研究與摸索，初步找到了比較適合開采階段煤柱的較好方法，即采用特厚煤層水平分段（層）放頂煤開采方法。並對端頭進行封堵,以減少采空區的自燃發火和有害氣體的湧出。
下麵就該采煤方法結合我公司礦井的自然條件、地質條件開采技術條件等逐一加以論述。
礦井主要是利用原龍鳳礦報廢的生產係統，開采的煤層是原龍鳳礦井工開采時（日偽時期和建國初期）水平階段剩餘煤量、人為留置的段間煤柱、殘煤和三角煤。因此，煤層賦存總體構造形態與原始基本相同。
1、從礦井的地質條件方麵
根據資料顯示，區域內地質構造比較簡單，煤層呈東西走向，由南向北傾斜，傾角在30°左右。井田西側有一條較大的正斷層，撫順礦區編號為Ｆ8斷層，斷層走向近似南北，傾向南西，傾角15°～35°，落差5～15ｍ。井田的東邊界存在有Ｆ9斷層和Ｆ12斷層。Ｆ9號斷層位於井田的東部，屬於逆斷層，其傾向為北向西38°， 傾角在14°～26°之間，傾斜位移60ｍ～110ｍ，水平位移50ｍ～70ｍ。Ｆ9號斷層為隱伏性斷層，其隱伏在煤層－218ｍ水平以下。
井田內岩漿岩為玄武岩，灰綠色，主要成分為輝石和斜長石，呈塊狀或杏仁狀構造，位於主要開采煤層以下，主采煤層無岩漿岩侵入。
井田一層煤（也稱本層煤）為主采煤層。一層煤是由2～28個分層組成的複合煤層，煤層中夾有炭質頁岩、泥質頁岩、泥質粉砂岩、砂岩和燭煤，夾矸厚度在0.05～10.00ｍ之間。煤層呈東西走向，向北傾斜，煤層傾角在30°～40°之間，煤層厚度在62ｍ左右，頂板為油母頁岩，底板為凝灰岩、玄武岩。由此可見，本層煤是複合煤層，結構複雜，賦存狀態較穩定，厚度變化不大。屬於較穩定的單斜煤層。
井田內的南翼本層煤已被龍鳳礦井工開采，現隻剩人為留置的水平階段煤柱、構造剩餘煤量和三角殘煤。其中煤柱水平柱厚在6～8ｍ之間，貫穿整個井田，煤柱水平柱厚的上、下部均為采空區，采空區均用河砂和煉油廠廢頁岩充填物充填。由此可見，整個井田留置的水平階段煤柱呈水平狀態存在，事實上完全可以視為傾斜單一特厚煤層之水平分段（層）非常適合布置走向長壁放頂煤工作麵。
2、從頂板冒落後對采空區的覆蓋性方麵
由於階段煤柱水平柱厚的上、下部的采空區均為河砂和煉油廠廢頁岩充填物，該充填物經過多年的沉降，早已壓實，已經形成了再生層。而這種充填物的再生頂板易冒落，且冒落後對采空區的覆蓋比較嚴密，能夠起到隔絕瓦斯，防止采空區內的瓦斯向外湧出。因此，采用該采煤方法，對工作麵內的瓦斯管理比較容易，隻要按照設計要求為工作麵分配足夠的風量，就能保證工作麵內的瓦斯不超限，就是一旦出現瓦斯超限時，由於該采煤方麵是采用負壓通風，可使工作麵暫停作業，待瓦斯自然排淨後，可恢複生產。故再生頂板對瓦斯管理有利。表明該采煤方法可行。
3、從礦井的水文地質條件方麵
一層煤如前述為傾角為30°～40°之傾斜煤層，其自然層上部岩層由上至下為油頁岩層、綠色頁岩泥灰岩層和第四係衝擊層。褐色油頁岩位於煤層之上，為井田主要隔水層。該層層理發育，結構致密，厚度一般在140ｍ左右，是良好的隔水層。主要含水層自上而下為：第四係衝擊層強含水層，第三係泥灰岩弱含水層，第三係凝灰岩含水層和白堊係砂礫岩含水層。井田東部有海新河、北部有渾河，渾河是區域內主要河流，發源於遼寧省清原縣，全長364ｋｍ，由東向西流至遼河入渤海，在撫順地區最高洪水位82.7ｍ，最大洪峰流量為1960ｍ3/ｓ。
井田南部為丘陵，北部是衝積平原，井田衝水因素主要有第四係衝擊層自然湧水和大氣降水兩個方麵，水文地質條件屬於簡單型。目前，礦井開采－270ｍ和－325ｍ階段煤柱。從采場活動範圍上看完全處於傾斜自然隔水層的保護下；另一方麵，階段水平煤柱上部的舊采跡積水及礦井湧水，均流至原龍鳳礦－570ｍ中巷後，再流入老虎台井田－580ｍ水倉，最後由－580ｍ排到地麵。由此可見，井田上部地表無較大的水體和其它建築物，對開采夠不成威脅，故適合采用放頂煤采法的應用及布置。
4、從其它開采技術條件方麵
礦井是具有“水、火、瓦斯、煤塵”等災害的礦井，根據撫順煤炭科學研究院2005年礦井瓦斯等級鑒定結果，礦井瓦斯最大相對湧出量為7.44ｍ3/ｔ，絕對湧出量為1.82ｍ3/ｍｉｎ，屬於低沼氣礦井，無煤與瓦斯突出的可能性。煤塵爆炸指數41.66﹪，根據原龍鳳礦采樣03manbetx ，自然發火期為1～3個月。由於礦井開采的是階段煤柱，其煤柱的上、下均為廢頁岩充填物，煤層內的瓦斯大部分已經釋放，加上煤層較濕潤。因此，礦井自然發火期的時效極有可能改變，加之對自然發火要素的掌握和控製，使發火期得以延長是完全可能的。故在回采過程中，當工作麵向前推進時，采取每30ｍ進行兩順槽封堵等安全技術措施，完全可以控製住自然發火的潛在因素。勿庸置疑，從安全技術層麵上看，采用走向長壁後退式放頂煤采煤方法是完全可行的。
綜上所述，根據礦井近兩年的生產實踐，從安全角度上來看，自采用該方法以來，從未發生一起死亡02manbetx.com ，使礦井的安全得到了充分保障；從生產技術管理上來看，礦井的生產係統得到較大的改善，不但使得礦井的質量標準化一越上了一個新的台階，也使得礦井的生產能力由原12.00萬ｔ/ａ提高到20.00萬ｔ/ａ；從經濟效益上來看，由於礦井生產能力的大大提高，使得礦井的經濟效益得到大幅度的改善、提高，從而使礦井具備足夠的能力，拿出大量資金對礦井安全裝備、技術裝備等各個係統進行徹底改造，同時也使員工工資收入及各項福利得到提高。故采用走向長壁後退式放頂煤采煤方法是可行的。
三、有關問題的探討
雖然采用走向長壁後退式放頂煤采煤方法是可行的。但是，還不能說已經達到了百分之百的完美了，還有許多問題需要我們做進一步的研究和探索。下麵就該開采方法在工作麵的設計上、采麵的生產準備過程中所遇到的一些具體問題做如下闡述：
1、對原始資料要重新認識
礦井開采的是原龍鳳礦在日偽時期和建國初期所開采的上部和下部兩個階段高中間剩餘的留置階段煤柱，其煤柱高度在6～8ｍ之間，煤柱體的上、下方均已采空，並用廢頁岩充填物進行了充填。由於開采時間較長，煤層在采動和沉降動力的作用下，煤柱體產生了下沉並產生了水平位移，煤層的原始狀態已發生較大變化，且是有規律的變化，隻是尚未比眾多人所認識。因此，在繪製煤層底板等高線圖時難度很大，且起不到指導設計和生產的作用，也給所有的常規開采（任何一種采煤方法）均帶來較大的影響。因此，在設計和生產過程中，需要對原始資料的綜合因素重新進行整理，如某區域的開采時間、曆史背景、地質條件等，並在生產實踐中，做好資料的記錄工作。根據礦井近幾年來的實踐來看，煤層的賦存狀態，從煤層底板到煤層的老頂，70～90ｍ之間下沉量是逐漸增大，五分層下沉量為2～3ｍ；四分層下沉量為3～6ｍ；三分層到老頂下沉量為8～10ｍ，水平位移變化也較大，在煤層底板五分層移動1～2ｍ，而到煤層老頂水平向南移動15ｍ左右。
2、要重新認識原始煤柱的賦存狀態
如前所述，煤層的原始賦存狀態已經被破壞，煤層比較破碎，造成頂板易冒落，對工作麵正常開采影響較大，特別是工作麵的頂板管理工作較為困難。因此，需要加強工作麵的支護管理。
3、需搞清井田內所有舊巷及舊采跡的關係
由於我公司礦井是利用原龍鳳礦已報廢的生產係統回收開采原龍鳳礦日偽時期及建國初期的各開采階段水平預留煤柱，所以井田內的舊巷及舊采跡關係相當複雜，給采麵設計及生產帶來諸多安全隱患，
⑴ 舊巷瓦斯
有些舊巷與原采區煤門相通或舊巷本身就是煤巷，雖然經曆了幾十年的沉積，但這些巷道仍然有一定的空間，而在空間內很有困難存有大量的瓦斯。如果不能弄清這些舊巷的存在狀態及位置，在生產過程中貿然揭露與其貫通，就很有困難造成瓦斯突然大量湧出，從而造成瓦斯事故。
⑵ 舊巷積水
有些舊巷是帶有很大角度的斜巷，而在這些斜巷內存有大量的積水。同樣如果不能弄清這些舊巷的存在狀態及位置，在生產過程中貿然揭露與其貫通，就很有困難造成透水事故。
⑶“掉底”及超前冒頂
如前所述，在生產過程中，如果將其生產巷道送在舊巷的較近的上方，很可難出現工作麵“掉底”現象，從而造成事故。如果將其生產巷道送在舊巷的較近的下方，將出現工作麵超前冒頂，不但給工作麵的頂板管理帶來困難，而且造成瓦斯、透水等事故。
綜上所述，在設計采麵時，必須查清原始地質資料的同時，也要搞清區域內的所有舊巷及舊采跡的關係，為安全生產提供較為可靠的施工數據。在生產過程中，必須堅持“先探後掘，有疑必探”的原則，並製定切實可行的安全技術措施。以確保安全生產。
總之，雖然采用走向長壁後退式放頂煤采煤方法是可行的，但是它不是礦井唯一的選擇，還有許多采煤方法有待於在今後的生產實踐中進行不斷的摸索與嚐試。而在選擇采煤方法上，不能單純為了安全而定，應當結合礦井的實際情況綜合考慮，即在保證安全的基礎上，還要看在技術上是否可行，同時也要兼顧到礦井的經濟效益是否合理。另外，作為一個利用在以有近百年曆史的老礦井基礎上建立起來的小礦井而言，選擇采煤方法是一項很複雜的工程，其方法的選擇應當建立在已有的礦井生產係統上，如果選擇的方法與其相違背，那是絕對行不通的。合理先進的采煤方法的選擇運用，必然要求井下采煤巷道的布置隨之發生改變。這是因為，隨著采煤工藝的發展和采煤速度的加快，逐漸加大采煤工作麵的幾何尺寸和工作麵產量的大幅度提高，這就要求必須建立與之相適應的、安全的、完善的生產係統。
作為煤礦這樣的高危行業，要想實現可持續發展，就必須堅持以人為本，建立安定、和諧的奮鬥目標，同時要按照國家最近提出的“正規、節約、規模”要求進行規範企業，為了更加合理、安全、高效的發展，針對公司兩礦井的實際情況，我認為應按照如下幾點指導思想進行統一規劃礦井的發展思路。
1、整合資源優化配置
公司所屬兩個礦井作為特類井工煤礦，就煤炭儲量的控製和開采獲取，即資源的整合與配置而言，有著深層次的兩個方麵含義：其一，有別於井工煤礦普遍意義上的地質普查、精查報告書控製方式，而要求對階段剩餘煤量、段間煤柱、殘留三角煤的定義與含義、構成和計算具有深刻明確的認識、理解和掌握；其二，龍鳳井田開發開采始於1917年，真正意義上的龍鳳煤礦與原搭連坑統一階段水平開拓開采應為五十年代末，六十年代初，至1999年礦井破產報廢，曆經82年，這期間經曆了白俄、日偽、建國初期和計劃經濟時期等多個曆史時段。由於各相應時段期內的曆史、政治、經濟、技術等諸多客觀條件和人文條件的因素差異巨大，使得龍鳳井田礦井的開采在空間區域和階段水平劃分、開拓方式、係統布置、開采方式及采煤方法等方麵都形成且遺留下極大差別。由此可見，有別於常規礦井依據已圈定的開采儲量，來選定開拓開采方式、確定生產能力及礦井服務年限。
基於上述不難認識，礦井今後怎樣生存與發展、服務期限的長短等一係列問題則完全取決於資源的如何配置，常規意義上的可采儲量無法套用在兩礦的開采之中。必須對原龍鳳礦開采剩餘的有限資源，做進一步合理的整合後，才能實現更為安全、合理、高效的產出。可以確認，合理整合資源、實現優化配置是礦井生存發展的基礎。
2、規範規劃設計
我公司礦井作為特類井工煤礦，它不是客觀自然時空意義上作為龍鳳礦開采的簡單延續。其有別於常規礦井的實質在於“複采”之定義。完全可以把現時兩礦的“複采”，視為同一成煤曆史及煤層地質基礎條件下（在舊采跡中）對前人在開采時所必須人為留置段間煤柱及丟失等三角煤的煤炭資源，利用原有係統的再次開采。這就需要不僅合理整合資源、實現優化配置，而且盡量利用原龍鳳礦開采時遺留的可利用生產係統，以降低噸煤掘進率。由此可以確認，規範規劃設計是礦井生存發展的必要條件。
3、合理係統配置
煤礦開采是一項較為龐大複雜的係統工程，其中礦井係統設計與設置的安全合理性，是礦井開采與發展的關鍵所在。縱觀龍鳳礦井82年的開采曆史，近億噸的優質煤炭，無一不是在適時建立並不斷調整與完善係統配置的條件下采出的。伴隨開采曆史進程，這些係統及設施以保留、封存、整理、拆除、報廢等不同形式遺留至今。依據對兩礦“複采”的準確定義及前述確定的“基礎”與“條件”，可以認為：如何恢複利用原有係統來改造建設新係統以及兩者的調整與統一，即合理係統配置亦是礦井生存與發展的根本保證。
4、正規開采、規模發展
公司兩礦井始均建於1994年，經過12年的發展，從初始的以簡陋的設備，最基本的係統條件和近乎原始落後的開采方式手段及維係員工基本溫飽之工效的簡單再生產，逐步發展成至今核定能力20.00萬ｔ/ａ的民營股份製企業，用曆史唯物主義和辨證唯物主義的觀點和方法，深刻總結03manbetx 、認識過去的開采曆程，不難得出如下的結論：人類與自然無不遵循從自由王國走向必然王國這樣的認識與實踐的客觀規律。具體於兩礦的實際，就是自由意識下的殘留自然資源非正規簡單再生產“殘采”，向主觀能動性認識下的人為留置資源正規開采規模發展“複采”的演變與進化。即兩礦井均由原非正規開采（殘柱法高落式開采方法）發展為今天的正規開采（走向長壁後退式放頂煤法），產量也由1994年的5.00萬ｔ/ａ發展到今天的20.00萬ｔ/ａ。因此，依據上述確定的“基礎、條件、保障”，結合現時及長遠麵臨的市場經濟環境，以正確規範的開采方式和合理區劃基礎上，適應各水平區段煤層地質條件的開采方法為手段，是礦井乃至公司實現科學可持續發展的必然要求。
四、結束語
上述是本人在近幾年來，在對階段煤柱進行複采中，通過日常的生產實踐，得出的還不夠成熟的心得。隻所以將其作為答辯論文，其目的就是想借此機會，能夠得到具有資深專家同行門的指教，更主要是以此來提高專業知識，強化自身業務水平，為公司礦井的發展得以發揮自身的力量奠定紮實的基礎。由於水平有限，加之時間緊，避免不了有這樣和那樣不合理的地方，甚至可能存在語言上的不通順及錯別字等現象，望各位專家給予批評、指正。