舊采殘煤的資源、綜采方法與礦壓規(guī)律研究.pdf

1、我國及山西省優(yōu)質(zhì)淺埋深的煤炭資源開采歷史悠久，各個(gè)歷史時(shí)期的舊式采煤法回采率不足20％，形成了巨大的殘煤資源量，本論文圍繞舊式采煤法殘留煤炭資源與特征、復(fù)采方法、礦壓規(guī)律和舊采殘煤資源綜采的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題進(jìn)行了研究。
　　舊式采煤方法是指巷道式采煤、簡易房柱式采煤和刀柱式采煤方法。本文進(jìn)行了大量調(diào)研，以及舊采關(guān)閉礦井的井下實(shí)際勘察和收集整理歷史資料，詳細(xì)剖析了不同歷史時(shí)期，山西舊式采煤方法開采的100余座礦井煤層回采與殘留資源

2、的實(shí)際工程平面圖，統(tǒng)計(jì)獲得了各歷史時(shí)期煤炭資源回采率和殘留煤炭資源情況和特征，得出如下結(jié)論：1）山西省舊采殘煤資源量為223.75億噸，全國的舊采殘煤資源量為801億噸；2）舊采殘煤區(qū)內(nèi)普遍存在有一定量的積水和積氣。積水和積氣存在的特點(diǎn)是：積水區(qū)范圍以及積水量普遍不清；舊采殘煤存在時(shí)間長，殘煤煤體內(nèi)裂隙普遍發(fā)育，殘留煤體內(nèi)瓦斯含量較低，小于5m3/t，煤體內(nèi)瓦斯壓強(qiáng)一般低于0.5MPa。
　　經(jīng)過深入研究，本文提出了舊采殘煤復(fù)采的

3、綜采方法及其應(yīng)遵循的基本原則：1)殘煤區(qū)物理勘探先行，基本搞清楚采空區(qū)和實(shí)體煤的分布情況，以及采空區(qū)積水與積氣的分布情況。2)分區(qū)處置，先將整個(gè)礦井合理分區(qū)，并用注漿方法將這些區(qū)域嚴(yán)格分割和封閉，然后分區(qū)處置采空區(qū)積水和積氣，繼而分步分區(qū)實(shí)施開采。3)采用采區(qū)和大工作面正常布局的綜采技術(shù)方案，選擇重型化的綜采裝備。
　　論文采用相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，對房柱式、房柱式和刀柱式混合的3個(gè)舊采殘煤工作面的復(fù)采進(jìn)行了大尺寸三維相似模擬試驗(yàn)。并

4、在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的三維數(shù)值模擬研究。二者對比，總結(jié)分析了工作面與巷式采空區(qū)0°、20°、40°、45°、60°、90°斜交布置下煤層和頂板的拉伸與塑性破壞、垂直應(yīng)力分布和位移規(guī)律。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)舊采殘煤復(fù)采工作面與舊采形成的巷式采空區(qū)走向有一較大的角度斜交布置時(shí)（該角度一般取30°），均可實(shí)現(xiàn)殘煤資源的順利可靠回采。當(dāng)斜交角度小于30°時(shí)，回采工作面架前會因礦山壓力顯現(xiàn)造成工作面前方頂板下沉及大面積的垮落，導(dǎo)致回采工作不能順

5、利進(jìn)行。殘煤開采過程中，工作面開采前方的殘留煤柱邊緣和中部的應(yīng)力大小差異較大，最大差異值可達(dá)原巖應(yīng)力的2～3倍。文中詳細(xì)介紹了作者負(fù)責(zé)實(shí)施的西曲礦22102工作面回采過程中，以不同斜交方式通過工作面前方巷道的經(jīng)驗(yàn)，以及較詳細(xì)的觀測資料，數(shù)值模擬、相似模擬和工程實(shí)踐均證實(shí)上述結(jié)論是正確的。
　　本文提出的舊采殘煤綜采方法及其關(guān)鍵技術(shù)方案，由作者負(fù)責(zé)，在斜溝煤礦18107工作面面積為102960m2的殘煤區(qū)復(fù)采中得以工業(yè)實(shí)施。主要工程

6、研究工作和結(jié)論為：1)采空區(qū)積水及其處置：舊采殘煤區(qū)存在大量積水，在工作面順槽掘進(jìn)期間可以大量排出，通過在掘進(jìn)工作面揭露的較低標(biāo)高的老空區(qū)巷道，布置專用排水設(shè)備，在工作面回采前可以基本處置完舊采殘煤內(nèi)的剩余積水。2)舊采殘煤區(qū)揭露時(shí)，測得采空區(qū)的瓦斯?jié)舛葹?.8%～3.4%，采用全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)和局部壓入新鮮風(fēng)流的通風(fēng)方式對殘煤區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行稀釋，順利處置了采空區(qū)內(nèi)積聚的瓦斯，達(dá)到了正常生產(chǎn)要求。3)本工作面設(shè)計(jì)時(shí)，工作面與舊采的巷道式采

7、空區(qū)均呈大于30°角度斜交，在回采過程中，發(fā)現(xiàn)極個(gè)別交角較小的局部巷式采空區(qū)。實(shí)時(shí)地在架前采空區(qū)加強(qiáng)支護(hù)，因此整個(gè)回采過程中，未出現(xiàn)大的架前頂板垮落事故。4)殘煤回采過程中進(jìn)行的液壓支架工作阻力的觀測得出，工作面液壓支架工作阻力較實(shí)體煤層回采增大1.2～1.65倍，工作面各支架阻力嚴(yán)重不均勻，工作面前方為采空區(qū)的液壓支架阻力較實(shí)體煤的液壓支架阻力最高可達(dá)40%。
　　按照本文的研究結(jié)論和揭示的規(guī)律，已進(jìn)行了山西晉能集團(tuán)西河煤礦舊采