申报单位: 山西兰花集团莒山煤矿有限公司
项目名称: 刀柱式老采区收技术研究遗留煤体长壁综采回
主要完成人：宋保胜 黄贵庭 张仙保 张廷民 刘新宏
主要完成单：山西兰花集团莒山煤矿有限公司
专业（学科）分类名称代码：采矿工程技术. 采矿技术
所属国民经济行业：C
项目起止时间：2002年5月至今
技术内容及主要技术参数:本项目针对莒山煤矿有限公司优质的3#煤资源濒临枯竭，而矿区存在大面积刀柱式采空区遗留煤炭资源的现状，立项对刀柱式老采区遗留煤炭资源的回收技术进行探索。主要技术内容可概况如下：
1）在详细分析莒山煤矿3#煤层围岩地质力学特征的基础上，运用数值模拟方法对上分层刀柱式采空区围岩的应力、变形特征进行了分析，进一步掌握了刀柱的破坏变形特征及其支撑压力分布规律。
2）运用三维数学模型对上分层刀柱式老采空区条件下残留煤体的长壁回收工作面矿压规律进行了预测计算，为工作面支架选型及参数确定提供了依据。
3）提出了刀柱式老采空区条件下残留煤体长壁综采回收工作面老顶来压步距不减反增的观点，为工作面顶板管理措施的制定提供了依据。
4）提出了通过破坏上分层刀柱的完整性是减小顶板压力、减轻工作面矿压显现剧烈程度的技术途径。
技术经济指标及进步作用:自2004年开始本项目应用，至2009年9月已成功回收11个工作面，回收遗留煤量130.2万吨，新增产值约1.1亿元。
本项目的研究和成功应用，不仅使二百余万吨弃滞煤的回收成为了可能，有效延长了矿井服务年限，有力地促进了矿山的稳定和持续发展，而且为同行业在该领域的实践提供了较为成熟的技术和可资借鉴的宝贵经验。
应用推广情况:2002年5月至2009年9月，莒山煤矿进行了“刀柱式老采区遗留煤体长壁综采回收技术研究”项目试验工作并取得了成功，本项目首次将刀柱采空区下遗留煤体作为研究对象，对上分层刀柱式采空条件下的下分层遗留煤体的长壁综采回收理论和技术进行了系统研究。通过本矿复采11个工作面的应用，取得了良好的经济和社会效益。
项目详细内容:
1、立项背景、科技内容、特点及应用推广情况：
a、立项背景：
老龄矿井大多面临资源枯竭，急需建设接替矿井或进行企业转型，在此期间如何维持生产、解决庞大职工群体的工作、生活问题，稳定矿区社会的和谐稳定，是许多老龄煤矿的共同燃眉之急。
我公司自投产以来，主要开采 3# 煤层，该煤层是优质动力煤和化工原料用煤，煤层厚度为 5.1 — 6.57 米，平均厚度为 5.84 米。我矿曾在60年代末至80年代初，采用旧式采煤法开采了一采区，二采区,四采区和三采区的南翼，由于当时全国采矿技术、采矿设备还不先进，采用落后的刀柱式回采工艺，3#煤炭资源仅仅间隔性地开采了上部约3米厚的煤层，下部资源被白白的弃滞，当时煤炭资源回收率仅35%左右，十几年期间，开采面积 134.6 万 m2 ，动用储量 1171 万吨，其中采动 586 万吨，弃滞 585 万吨。
由于建矿时间长，加上近年来受周边小煤窑掠夺性开采的影响，使 3# 煤常规可开采资源迅速枯竭，而且，受某些人为因素干扰，接替矿井迟迟没有着落，使公司近万名职工及家属的继续正常工作和生活受到严重威胁。
如何对3#煤刀柱下弃滞煤炭资源进行回收，提高煤炭资源回收率，延长矿井服务年限，是目前解决我公司近万名职工及家属的生存问题、实现企业可持续发展的唯一途径。
面对上述背景局面和种种难题，兰花集团莒山煤矿有限公司与有关专家进行合作，对刀柱式采空区下残留煤体的长壁综采技术立项进行系统研究，为提高煤炭资源回收率、为解决我国老龄矿井资源匮乏等问题寻求出路。
b、科技内容
技术原理：本项目结合莒山煤矿的具体主客观条件，将理论分析、数值计算、现场研究等方法有机结合，对特厚煤层上分层采用刀柱式开采后下分层煤体的围岩结构特征、应力场特征、采用长壁综采方式回收下分层时的矿压特征、综采支架选型及合理支护参数的确定等内容进行了系统的研究。
c、特点
提出并实践了刀柱式采空区条件下下分层残留煤体长壁回收，为同条件下资源回采提供了依据。
d、应用推广情况
目前我国不同特点的残留煤炭资源相当丰富，类似莒山煤矿情况的也不在少数。本课题研究在此领域作了有益的尝试，得出了一些有益的结论，在类似条件煤炭资源的回收方面具有很好的推广应用前景。
今后应进行更加深入、系统的研究，包括采场、巷道围岩控制理论及技术，支护、采掘、运输设备及系统，通风、防灭火技术等，同时应重视受到非正规开采扰动煤层的开采技术研究，进一步完善残留煤炭资源回收的理论技术体系，使煤炭资源的开发更加合理。
2、发现、发明及创新点：
1）将特厚煤层上分层刀柱式采空条件下遗留下分层煤体的长壁回收作为研究课题进行系统研究，并取得了预期进展，实现了对遗留煤体的成功回收，形成了较为完整的理论技术体系；上分层刀柱式采空区条件下残留煤体回收中出现困难的根本原因是刀柱的存在，因此，削弱或消除刀柱的集中支承性能是解决上述问题的有效途径。具体做法是破坏刀柱的完整性，对煤柱及顶板进行预深孔爆破，削弱煤柱集中应力的影响，减小了顶板来压步距和强度；
2）突破了对顶板进行爆破以减弱矿压显现剧烈程度的传统思维定式，提出了降低上分层刀柱的完整性从而减弱下分层回收工作面矿压显现的技术途径；
3）提出了特厚煤层上分层刀柱式采空区条件下，下分层开采时所对应的顶板结构为间隔式集中支撑的概念；复采一采区采区运输及回风大巷布置于原采区隔离煤柱间，半煤岩巷掘进，预制棚配合卸压预制板支护，防止在回采过程中煤柱破坏后压力大面积传递对采区巷道造成破坏；
4）提出了上分层刀柱式开采后下分层所处的应力场呈现出波动波动性变化特征的结论；
5）得出了采场顶板来压步距和来压强度比常规综采工作面增大的结论；
6）、对工作面进行了合理的三机配套，有效地防治了过刀柱时集中应力的破坏；支架增设前探梁，加强煤帮及时支护，较好地控制了煤帮大面积片帮、冒顶危害；
7）、选择合理的瓦斯探放设施，排放刀柱房积聚的瓦斯，减少其对工作面的危害。
4、应用情况：
早在 1993 年，我公司在太原煤科院的帮助下，在“ 3305 ”刀柱采空区下进行复采试验，由于当时工作面支架存在许多缺陷、工作面地质条件差、底板涌水、煤质软，吨煤成本较高，加之当时煤炭市场疲软，工程被迫停止。但也为复采工程试验迈出了第一步，提供了一定的理论依据和实践经验。
2001年，我公司在吸取3305工作面复采试验经验教训的基础上，精心组织技术力量在相关科研院校的大力支持下，顺利完成了复采一采区采区设计，将复采一采区采区运输及回风大巷布置于原采区隔离煤柱间，半煤岩巷掘进，预制棚配合卸压预制板支护，防止在回采过程中煤柱破坏后压力大面积传递对采区巷道造成破坏。2004年度，复采一采区工程准备到位，工程完成情况如下：材料车场 140 米，大巷装车绕道 170 米，煤仓一个 120 米3 ，复采进风斜巷 30 米、运输大巷交岔点 3 个，共 500 米3（岩巷），复采运输及回风巷 1399 米（半煤岩巷），复采移变站及水仓 60 米。2005年初，合理进行了工作面的“三机”配套，复采首采101工作面设备全部到位，基本生产系统形成。 2005年4月，复采一采区首采101工作面正式开始试采，在试采过程中，我公司积极组织成立了专门的复采工作领导组和复采技术应用课题攻关小组，不断的完善、不断的创新、不断的突破，2005年6月，101工作面顺利完成回采，标志着复采技术在我矿的成功运应用。在101工作面试采成功的基础上，我们又相继进行了其它复采面的回收，截止2009年9月底，复采工作面回收弃滞煤炭资源共计110余万吨。
中央电视台《新闻联播》栏目以《资源节约篇：莒山煤矿“刮锅底” 偿还资源债》为题对我公司上述成果进行了报道，进一步得到了各方面的充分肯定。2006年7月14日，经飞禽走兽老虎机：科技厅组织国内有关专家对我公司完成的“刀柱式老采区遗留煤体长壁综采回收技术”进行鉴定，认为该项研究理论方法、技术路线正确，方案设计合理，技术资料齐全，研究成果达到国内领先水平。
5、经济效益:
a、截至2009年9月，已成功回收了11个工作面，共回采煤量：130.2万吨,工效：7.68吨/工日,吨煤直接成本：21.05元,吨煤综合成本：125.50元, 吨煤利润：100元,实现利润达1.1亿。
b、根据规划，复采一采区、二采区、三采区21个刀柱复采面，预计可回采煤量300多万吨，吨煤利润按100元计，预计可实现利润约3亿元，创造的经济效益是显著的。
6、社会效益：
虽然复采工作面从工效及经济效益分析无法同正常分层工作面的综采工作面相比，但针对我矿3#煤资源已日益枯竭的情况，复采工作面如能顺利回采，将对延长我矿服务年限、提高遗留煤炭资源回收产生相当重要的影响。
1）、进一步完善了刀柱下煤炭资源回收顶板控制理论，为相似条件下工作面的回采提供了理论基础和实践经验。
2）、资源回收率可由原30%左右提高至85%。
就我公司复采一采区和复采二采区预计可多回收煤炭资源180万吨。
3)、延长矿井服务年限至少在6年以上解决企业职工的生存问题，大大缓解莒山矿接替紧张的矛盾，本项目的技术成果具有在同条件下推广与应用的前景，投资小、效果佳、可安全地进行原煤回采，降低生产成本，不仅可为企业带来十分可观的经济效益，还可为矿区的稳定带来难以估量的社会效益。
