构造复杂区域回收煤柱技术研究的重要性

我国是最早认识和利用煤的国家，然而，长期以来，煤炭资源的过量、非有序开采产生的资源破坏、浪费等问题，严重制约了煤炭工业的发展，不利于我国国民经济的可持续发展。虽然我国的煤炭资源丰富，但人均占有量仅为世界平均水平的一半左右，我国原煤产量从1999年9.99亿t/a增长到2010年32亿t/a［1-2］。我国煤矿平均资源综合回收率在30%左右，比世界先进水平低20个百分点。国有煤矿已大部分采用长壁机械化采煤工艺，矿井资源平均回收率45%，而有的小煤矿仍采用非机械化房柱式采煤工艺等落后技术回采，产量约占38%，矿井资源回收率约为15%，有的还不足10%，资源损失浪费严重［1］。

目前，国内边角煤开采方法和工艺多种多样，主要是根据边角煤的赋存状况和地质条件进行选择确定。国外的边角煤开采多采用连续采煤法。国内在边角煤的开采方面主要采用连采、综采、高档普采、炮采、巷采等，由于边角煤的应力集中等复杂地质条件，炮采效率比较低且不利于安全开采，普采效率和安全性能均比连采和综采低，对于可采用连采和综采的边角煤块段尽量不采用炮采和普采工艺。为了保证矿井不规则边角煤块段的安全高效开采，针对我国矿井边角煤赋存条件的复杂性，我国开采边角煤的方式应主要采用连采和综采。由于边角煤形状的不规则性，开采不规则边角煤块段布置的综采面也不都是规则的，有很多种形式，如扇形区旋转开采、梯形开采、带采煤柱以及短壁综采等。连续采煤法目前采用较多的是源于澳大利亚的旺格维利采煤法和普通房柱式开采，旺格维利采煤法可根据现场实际情况灵活布置巷道，保证安全高效开采，提高采出率［2］。

兖州矿区是具有30余年开发历史的现代化矿区。由于煤层赋存条件的变化，使得正规开采、切块布置方式之后遗留下的大量边角煤开采及资源回收问题已成为亟待解决的重要技术问题。据2000年末统计，兖州矿区仅3#厚煤层边角煤地质总储量就为9509.41万t。兴隆庄煤矿共有边角煤块段39个，可采储量达1274万t；而南屯煤矿边角煤储量也达到1390万t。由于煤层露头处煤岩风化，使岩体强度低，破碎程度增加，加之边角煤柱应力集中，因而作业环境较差、巷道维护困难。煤矿的开采实践说明，在同一层位表现为普通坚硬的岩石，在煤柱及露头风化带边缘，往往表现出“大变形、易破碎、难支护”等软岩的特征［1］。(www.xing528.com)

尽管边角煤开采条件复杂，但是为尽可能多地回收煤炭资源，延长矿井服务年限，促进矿井可持续发展，兖州矿区开始探索矿井边角煤层的开采。经过多年的高强度开采，兖州矿区矿井煤炭资源迅速减少，矿井边角煤储量逐步增加。截至2000年底，兖矿集团各矿井边角煤地质储量超过1亿t，边角煤开采回收问题十分严重。因此，在矿井“十二五”“十三五”规划及矿井年度计划中，结合矿井生产实际，将矿井边角煤储量中“三下”压煤、风氧化带储量等进行详细分析，根据矿井生产系统特点，按照先易后难的原则，将矿井边角煤的回采列入矿井生产规划及年度计划，采取边角煤回采与矿井厚煤层正规开采、薄煤层炮采有机搭配开采的方式，有计划逐步开采［1］。

然而，随着开采深度和范围的进一步扩大，边角煤开采工程条件和地质条件极其复杂，已采工作面应力场的复杂叠加，不规则工作面布置的难度极大，回采巷道支护难度极大，因此，采用单一的开采方式回收边角煤的难度极大，必须根据具体条件分析各种开采方式的适用条件、关键技术、矿压显现规律和经济社会效益。在此背景下，兖矿集团联合中国矿业大学对边角煤高效开采进行联合攻关，拟在边角煤高效开采理论、关键技术与矿压显现规律等方面取得进展，以解决兖州矿区面临的边角煤开采问题，为矿区的开采接续、稳产高产提供理论与实践基础［1］。