在特厚煤層開采中，隨著開采不斷延伸，采空區懸頂面積不斷增大，支承應力向礦井深部轉移，傳統煤柱留設的位置恰好處在高應力區域，導致巷道變形嚴重，局部地段的變形嚴重影響安全生產。這意味著煤礦不得不放棄在回采初期留設的大煤柱，進而損失大量煤炭資源。不過，山西大同煤礦集團研發的小煤柱留設技術讓這一問題得到解決。

“同煤集團塔山煤礦8204工作面特厚煤層小煤柱留設技術試驗項目是我們集團‘十二五’收官之年的一個重點科研項目。本次試驗將該工作面原來的38米寬的大煤柱縮到6米，剩下30多米的煤柱全部可以采出。”塔山煤礦公司董事長宣宏斌說，“對于我們集團來說，小煤柱留設技術應用帶來的經濟效益和社會效益是不可估量的。”

小煤柱開采好處多

塔山煤礦年設計生產能力1500萬噸，可采儲量30億噸，于2003年2月開工建設，2008年12月正式通過驗收，是同煤集團第一個進入石炭二疊系特厚煤層回采的特大型礦井，也是世界上最大的單井口井工礦井。

“行業內將3米到8米的煤柱統稱為小煤柱。小煤柱留設技術就是把工作面的回風順槽布置在采空區的邊緣，通過數值模擬及試驗分析，布置小煤柱。這樣不僅維護巷道簡單了，還能有效降低支護成本，保證安全回采。”塔山煤礦總工程師匡鐵軍介紹說，“以前很長一段時間內，同煤集團各煤礦大部分留了38米的大煤柱，估算每1000米煤柱損失煤炭資源達50萬噸至100萬噸。”

2015年6月，同煤集團在塔山煤礦試驗性地運用小煤柱留設技術，并于同年11月成功完成了8204工作面的回采工作，共計多回收煤炭資源68萬噸。2016年11月，該集團開始在總結前期小煤柱回采成功經驗的基礎上，繼續在塔山煤礦深入研究小煤柱留設技術。

“應用小煤柱留設技術后，巷道成型好、回采期間二次維護量小，而且支護環境、安全條件要比原來留設大煤柱的還要好，資金投入少了，資源回收率大幅度提升了。”匡鐵軍說。

筆者了解到，相比于大煤柱工作面，在相同走向長度內，每回采一個小煤柱工作面就會產生上億元的經濟效益。

突破一系列關鍵技術

“以前，很多科班出身、專業學采煤的人都不愿意去搞小煤柱留設技術，這項技術一直推廣不了。”匡鐵軍說，“原因在于小煤柱留設技術并不是簡單的留設小煤柱問題，而是需要突破一系列關鍵技術。而我們的煤礦工作面間區段煤柱留設寬度從38米縮到6米，也會帶來一系列問題。”

據匡鐵軍介紹，由于支護方式發生改變，他們不僅要加強綜合性支護，還要對停采線進行優化，同時采取相應措施避免老空區有毒有害氣體進入工作面、瓦斯超限等問題發生。此外，他們還要考慮防火，特別是在實際操作過程中還要綜合考慮安全等因素。

“我們集團副董事長、總經理郭金剛是搞技術出身的，在礦上當了多年的總工程師。他早在2011年就提出要研究小煤柱留設技術。”匡鐵軍說。

2012年，同煤集團開始立項研究小煤柱留設技術。采用小煤柱留設技術解決特厚煤層開采動壓顯現問題成為當年同煤集團的一項重大攻關項目。2014年1月，同煤集團組織專家審查并初步通過了在8204工作面留設6米小煤柱的方案，并于2014年7月調研了類似條件的礦井。2014年11月，該集團會審了塔山煤礦8204工作面小煤柱開采的作業規程和安全技術組織措施。

“為保障臨空巷道在掘進及回采期間頂板的安全，我們在工作面兩順槽掘進期間加強了巷道支護，不僅引進了一種高強度鋼帶支護，還配合采取組合錨索支護、多次噴漿護巷等措施，并施工混凝土耦合承壓墻，以此來輔助支撐頂板，同時隔絕采空區氣體，防止瓦斯外泄。”塔山煤礦副總工程師張興國說，“為有效消除采空區瓦斯隱患，我們通過采用井下注氮結合地面垂直鉆孔抽采技術來置換采空區高濃度瓦斯。”

筆者在塔山煤礦綜采三隊所在的工作面現場注意到，在機電管理上，該礦推廣使用了轉載機智能封閉裝置、順槽皮帶機物料運輸小車、跨越式前部刮板機行人過橋等設備，大大保障了安全生產。該礦還通過推行鉆孔循環水裝置、膠囊封孔、自制PPR水幕等工藝進行綜合防塵治理。

全面推廣小煤柱留設技術

“在8204工作面應用小煤柱留設技術取得顯著成效后，我們在2016年11月開始回采第二個小煤柱工作面——8101工作面。”宣宏斌說。

“在8101工作面開采過程中，我們引進了高恒阻機械式單體支柱并應用在工作面臨空巷中，代替原有小煤柱工作面的混凝土耦合承壓墻，并在超前支護段應力集中區域上方掛上金屬網，加強煤柱側頂板支護。”宣宏斌說，“為保證工作面的安全開采，我們研發了‘堵—注—抽—控’綜合防滅火技術和地面垂直鉆孔抽采瓦斯技術。為了減少矸石混入，我們研發了分段間隔多級一次性放煤工藝，將放煤區間及架次分為大、中、小、微等不同等級，實現了工作面放煤精放、細放，大大提高了工作面原煤回收率和精煤生產率。”

截至今年4月中旬，8101工作面已推進694米，在不增加其它投入的情況下，多回收煤炭資源60.4萬噸。

“今年2月15日，同煤集團在塔山煤礦召開了小煤柱留設技術現場推進會，郭金剛在會上就這項技術的推廣應用提出了要求。”宣宏斌說，“我們集團現已制定出臺推廣小煤柱留設技術、優化停采線等文件，并逐礦進行了安排，要求每個煤礦列出具體的實施時間、實施地點，還要求各礦礦長為推廣小煤柱留設技術的第一責任人，對推廣該技術進行追蹤考核，落實到底。另外，我們集團到年底將召開總結會，對推廣應用好此項技術的煤礦進行表彰。”