1 天湖山矿区煤层赋存特征

1.1 矿区地质构造

天湖山矿区位于阳山——剑斗背斜西冀，地质构造非常复杂。大逆掩F31断层纵贯南北，把矿区划分为上、下盘两个构造类区。上盘构造以总倾向为北西向、倾角变化剧烈的单面斜构造为主，局部褶曲发育，北西向和北东向断层较多，对开采影响较大。下盘以轴向北偏东20~ 35度，向南亦向北倾伏的线状紧密褶皱构造为主，断层较稀少，主要有北北东斜切正断层和北西向张性阶梯状断层。

1.2 煤层赋存特征

天湖山矿区煤层薄且极不稳定，F31断层上盘煤层受密集断层切割，完整性差，褶皱以宽缓波状复式背向斜为主，产状变化大，常见藕节状、鸡窝状等各种不规则形状。F31断层下盘主要为线状紧密褶皱构造，构造轴倾伏角约10度左右，波幅约<?xml:namespace prefix = st1 /> 30米 左右，且次一级的小褶曲发育。煤层在走向上稳定性较好，在倾向上稳定性较差。受强烈褶皱的挤压，煤层经常在一定的构造部位，如背斜和向斜的轴部形成煤包，或伴有穿刺现象，各种形状大小不一的煤包与压薄带相间出现。一些处于临界可采厚度（ 0.5米 ）以下的极簿煤层，发生成煤物质的塑性流动，在空间上形成了一系列厚煤带或小煤包，具备一定的开采利用价值。

2 柱式体系采煤法的应用

对于天湖山矿区普遍存在的各种不规则形状煤层的开采，显然不宜沿用传统的壁式采煤方法，必须针对其煤层赋存特征，选择特殊的非正规采煤方法。在永春煤矿南湖一号井、磨刀坑矿井类似的不规则形状的煤层开采中，我们采用柱式体系采煤方法进行了尝试，并对实践经验进行了总结。

柱式体系采煤法有房式、房柱式和巷柱式等3种类型，适合于藕节状、鸡窝状及各种厚煤带、煤包等形状不规则煤层的开采。与壁式采煤法相比，柱式体系采煤法由于工作面较短，并且两边由煤柱（一般为压薄带）支撑，回采后矿山压力的显现不明显，顶板管理相对简单。

2.1 房式、房柱式采煤法

房式、房柱式采煤法适合于顶板较为完整、稳定的藕节状、鸡窝状煤层的开采。二者的采准巷道布置、回采顺序和顶板管理方法基本相同。其区别在于：房柱式采煤法一般在煤房两侧或相邻煤房之间的夹薄带留设煤柱，支撑顶板；而房式采煤法未留设煤柱，煤房两侧的煤层很薄或尖灭。

2.1.1 采准巷道布置

从南湖一号井揭露的情况看，藕节状、鸡窝状煤常由若干个小煤包组成。在回采中，每个小煤包就是一个相对独立的煤房，必须具备两个安全出口后，方可从事回采工作。当煤房难以与上回风巷贯通时，应当从该煤层运输巷道以适当间距掘进2条切眼与煤房相贯通，实现“两眼见面”，其中一条切眼溜煤，另一条切眼兼作行人、通风和运料之用。若单个煤房走向很长时，可适当增掘切眼，相邻切眼之间的间距一般不大于 30米 。

2.1.2 回采顺序

切眼掘至见煤房后，先顺其顶板沿着煤房走向向上推进至顶端夹薄带，再由上而下、左右切割，进行后退式回采。当煤房沿倾向上的横断面积较小且顶板较完整时，也可直接沿煤房走向向上全断面推进，进行前进式回采。

2.2 巷柱式采煤法

巷柱式采煤法适合于紧密褶皱煤层厚度变化频繁，与压薄带相间出现的厚煤带或煤包的开采，如背斜、向斜轴部形成的小煤包的开采。

2.2.1 与压薄带相间出现的厚煤带或煤包的开采方法

南湖一号井+725主石门64号煤层、+700东1石门64号煤层等就是采用巷柱式采煤法进行开采的。该采煤方法的采准巷道布置方式为：在半煤岩运输巷道中，选择背斜、向斜轴部煤包或厚煤带处开掘切眼，切眼沿轴部倾伏方向向上掘进，直至与上回风巷贯通。当煤层构造发生变化难与上回风巷贯通时，则在切眼顶部沿走向掘进顺槽与相邻切眼贯通，作为采煤工作面通风和安全出口之用。各相邻切眼的下部，仍以顺槽贯通，作运输和行人之用。各切眼的间距与紧密褶皱构造的褶曲幅度相当，一般为20~ 30米 。当构造较宽缓，幅度在 30米 以上时，可根据需要在两切眼的中间加掘一条平行切眼。

巷柱式采煤法采取由里往外、自上而下的后退式回采顺序进行回采。在同一煤层运巷中，先采较里面切眼的厚煤带或煤包，依次往外推进；在同一切眼两侧厚煤带的回采中，以正台阶方式自上而下依次切割采煤。

巷柱式采煤法利用厚煤带或煤包两侧的夹薄带，留设煤柱，以支撑顶板。煤柱留设范围视夹薄带的煤层厚度而定，当厚度在 0.5米 以下，一般以不可采的薄煤带作为煤柱范围；当厚度在 0.5米 以上，一般在相邻两个厚煤带或煤包的中间留设安全煤柱，煤柱宽度为 2米 左右。

2.2.2 大煤包的开采方法——紧密切割巷柱式采煤法

当煤包很大，难以采用上述方法回采时，可采用紧密切割巷柱式采煤法进行回采。下面以磨刀坑矿井+492水平60号煤层大煤包的开采为例进行说明。

该矿井60号煤层沿倾向上的变化较大，在+492、+480水平附近厚度剧增，形成煤包，而在其它水平则明显夹薄。尤其是在+492水平，煤包走向长度达 120米 ，平均厚度 5米 ，最厚处达 9米 。煤包沿走向两端逐渐尖灭，从+492水平切面上看，呈鸡窝状。

紧密切割巷柱式采煤法的采准巷道布置方式是：先沿煤包的顶板顺煤掘进一巷道A，探清煤包在该水平走向上的长度及顶板特性，并作为煤包开采时的回风巷道和安全出口；然后在煤包的底板中以大致平行于底板等高线的方位另掘一岩石巷道B，作为煤包开采的运输和进风巷道；再由岩巷B从里往外按 10米 间距掘若干条平行的联络运巷，分别与巷道A相贯通。最后，在联络运巷的两侧分别掘小分巷后，便可从事回采工作。小分巷左右错开，相邻小分巷间距5~ 6米 。

紧密切割巷柱式采煤法的回采顺序为由里往外依次后退式回采。即先从岩巷B最里端的第一条联络运巷中，最靠近巷道A的第一条小分巷开始，左右错开，由里往外依次后退回采；当该联络运巷各分巷均采完后，即工作面移至第二条联络运巷中靠近巷道A的第一条小分巷，依此类推，直至全部采完。由于该煤包镜面发育，煤层松软，顶板较破碎，故回采中采用深孔小药量震动落煤至小分巷或联络运巷的底板上，再通过人工装车外运。

2.3 顶板管理

采用柱式体系采煤法开采藕节状、鸡窝状煤或厚煤带、煤包时，一般将其两侧的煤层压薄带留设为支撑煤柱，因工作面长度较短，回采后，直接顶以上的矿山压力呈自然拱状态作用于两侧的薄煤柱，其压力显现不明显，一般无顶板来压活动，一个煤房采完后，任其自行垮落。南湖一号井+750、+725、+700等多个生产水平同类构造煤层的开采实践证明，当顶板岩性坚硬、较为完整和稳定时，均未出现顶板大面积垮落；有的已采过20年，但其顶板仍完好如初。因此，柱式体系采煤法的顶板管理主要工作是防治工作面局部冒顶，重点在于加强破碎顶板的支护和伪顶的管理。

（1）应结合不同煤层顶板的岩性，不同采煤工作面顶板的完整性、稳定性，有针对性地采取必要的、可行的支护措施，严禁空顶作业。

（2）对于岩性坚硬、较为完整和稳定的顶板，一般在煤房中部沿走向上每隔3~ 5米 打一木支柱，作为观察顶板来压情况的信号柱。因此，可以从中节约大量的坑木和顶板管理工作量。但在煤房开采过程中，若发现顶板来压，则应随时加强支护。

（3）对于采高大于 4米 的煤房，可采用加长坑木，如 6米 松木或彬木进行支护。

（4）严格执行敲帮问顶制度，发现顶板存在浮煤、浮矸，或有小面积伪顶，必须当场处理。

（5）当伪顶面积较大，一时难以处理下来时，应立即架设支柱进行支护，防止伪顶冒落。

（6）对于顶板较为破碎、不稳定的煤房开采，必须因地制宜，采取切实有效的措施进行顶板支护和管理。可依煤房采高、顶板情况选择点柱穿鞋戴帽、丛柱、木垛、横柱背顶、棚架上架设井字架或支柱等特殊支护方式。

3 应用效益与前景

据测算，在以紧密褶皱构造为主的天湖山煤矿区中，各种藕节状、鸡窝状煤以及褶曲轴部厚煤带或煤包的采出量约占总产量的70%。而对于上述不规则煤层的开采，采用柱式体系采煤法既节约了大量的坑木消耗量，又节省了顶板管理的工作量，具有良好的经济效益与应用前景。

3.1 经济效益

3.1.1 节约坑木消耗量

从永春煤矿的材料消耗统计数据看， 1986年逐步应用柱式体系采煤法后，万吨原煤坑木消耗量为 186.5米 3，与1986年以前历年平均指标 212.5米 3/万吨相比，下降了 26米 3/万吨。按坑木市场平均单价500元计，每生产万吨原煤可节约坑木费用1.3万元。

3.1.2 节省顶板管理人工费

采用柱式体系采煤法可节省大量的顶板支护和顶板管理工作量，回采工效可提高20 %以上，平均每回采1吨煤可节省顶板支护和顶板管理的工作量为0.15工日，按日工资40元计，每生产万吨原煤可节省人工费用6万元。

3. 2 提高煤炭资源回采率

对于顶板较破碎的大煤包的开采，采用紧密切割巷柱式采煤法，可以有效地提高采区回采率。据测算，磨刀坑矿井+492水平60号煤层大煤包的采区回采率达91.5%；而在+480水平类似构造的同一煤层，因沿用传统的采煤方法，回采率仅71.9%。在同样的开采条件下，采用紧密切割巷柱式采煤法，采区回采率提高了19.6%，既增创了产值，又可延长矿井服务年限。

3. 3 生态效益

由于采用柱式体系采煤法节约了坑木消耗量，从而大量地减少林木砍伐量，有利于生态环境的保护，具有良好的社会效益。

3.4 应用前景

2004年，天湖山煤矿区的年实际总产量已超过300万吨，如果柱式体系采煤法在各类煤矿中得到全面推广和应用，则全矿区每年可产生的直接经济效益为：300万吨*70%*（1.3+6）万元/万吨=1533万元。

该采煤法对于其它地区同类地质构造煤层的开采也具有一定的借鉴意义。