復(fù)雜地質(zhì)條件中厚煤層煤柱回采施工技術(shù)研究與應(yīng)用

文/趙尚忠

（作者系冀中能源峰峰集團(tuán)邯鄲市孫莊采礦有限公司董事長、經(jīng)理，孫莊礦社區(qū)管理處處長）

邯鄲市孫莊采礦有限公司是一座衰老礦井，近兩年來主要靠回收煤柱維持礦井產(chǎn)量，中厚煤層煤柱產(chǎn)量占到礦井產(chǎn)量60%。孫莊礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層裂隙發(fā)育，煤層局部傾角大（最大傾角達(dá)40°），在回收中厚煤層煤柱時施工期間遇到的問題比較多，施工難度大，對安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，通過對六采區(qū)6·2煤柱回采，為衰老礦井在復(fù)雜地質(zhì)條件下中厚煤柱安全回采積累了實踐經(jīng)驗。

一、工作面情況簡介

6·2煤柱工作面位于井田南翼，西部為村莊保護(hù)煤柱，北部、東部和南部為本礦采空區(qū)，傾角大（16°～40°）平均傾角 25°；煤柱內(nèi)裂隙發(fā)育，本工作面水平面積117600m2，煤層平均厚度2.9m，容重1.35t/m3，回收率93%。工業(yè)儲量42.2萬噸，可采儲量39.2萬噸。煤層直接頂板為3.6m左右厚度的黑灰色砂質(zhì)頁巖，其上為6.24m左右的砂巖，構(gòu)成老頂。直接底板為2.0m左右的砂質(zhì)頁巖，其下為13.0m的砂巖及砂頁巖互層。頂?shù)装鍘r石節(jié)理均較發(fā)育，直接頂極易垮落。6·2下山煤柱工作面對生產(chǎn)影響較大的1.5m以上斷層有9條，其中大于5m的斷層有2條，還有許多1.5m以下小斷層凌亂的分布在工作面內(nèi)，造成煤層頂板裂隙發(fā)育，完整性差頂板易垮落。

二、主要問題研究及方案設(shè)計

1.工作面頂板易垮落，造成工作面頂板支護(hù)困難

造成工作面頂板易垮落的原因是煤層直接頂是砂頁巖或煤巖互層強(qiáng)度小、易碎、遇水極易溶解等，工作面管理不到位極易發(fā)生工作面流碎砟或流稀泥現(xiàn)象，發(fā)生冒頂時直接頂大面積垮落后其上面砂巖也極易垮落，同時直接頂上面砂巖遇水后也軟化易碎，冒頂高度可達(dá)10m以上，對生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

由于上述情況的存在，對工作面頂板管理提出了嚴(yán)格的要求。嚴(yán)格正規(guī)操作按規(guī)程施工，控制循環(huán)進(jìn)尺，嚴(yán)禁工作面空頂作業(yè)，爆破后及時先支護(hù)頂板，特別是在局部頂板有淋水的情況下，為防止直接頂遇水溶解后直接下流造成工作面空頂，回采時工作面要摸夾矸回采和采取超前打錨桿維護(hù)好頂板，杜絕直接揭露直接頂；根據(jù)實際嚴(yán)格控制一次爆破長度，一般情況下頂板破碎處一次爆破不超過3m，爆破后及時支護(hù)頂板。如果煤壁片幫不嚴(yán)重只是頂板流砟嚴(yán)重時采用鎬刨作業(yè)方式，先刨梁窩支護(hù)好頂板，然后采用爆破作業(yè)；如果煤壁易片幫且頂板流砟嚴(yán)重時采取全部鎬刨落煤作業(yè)。加強(qiáng)技術(shù)管理和抓好現(xiàn)場管理工作，抓好安全隱患排查工作，一旦出現(xiàn)煤壁片幫或頂板流砟情況，及時組織人員針對上述情況分析研究和制定嚴(yán)格的措施并嚴(yán)格按措施施工，把事故消滅在萌芽狀態(tài)，杜絕頂板事故發(fā)生。

2.工作面范圍內(nèi)斷層多，嚴(yán)重影響工作面回采

在6·2下山煤柱工作面中有2個斷層落差大于5m，斷層為正斷層沿工作面走向布置，且2個斷層均增大了工作面俯采角度，影響了回采。

在回收煤柱時由上所述采用工作面沿走向布置，沿傾向開采，根據(jù)該煤柱實際揭露資料，在工作面中部有2個斷層落差大于5m，斷層方向和煤層走向方向基本一致，在工作面溜子道和運料巷均揭露這2條斷層，2個斷層將工作面分成三部分。

根據(jù)目前孫莊礦回采技術(shù)，強(qiáng)制過這2個斷層存在困難，一是過斷層頂板破碎，同時2條斷層均加大了工作面俯采角度，局部俯采角度將達(dá)到40°以上，極易發(fā)生頂板事故；二是過斷層期間局部為全巖嚴(yán)重影響施工；三是由于斷層落差大，過斷層時間長，過斷層期間出砟多，嚴(yán)重影響煤質(zhì)，影響礦井整體效益。

上述因素的存在，對安全、生產(chǎn)和礦井效益均構(gòu)成了威脅，為盡可能多回收煤炭資源，采用提前掘巷道時在上塊煤斷層下盤距斷層水平距離3m處為見煤點，同時在斷層上盤沿斷層走向掘改造切眼。通過合理設(shè)計改造巷，只改造斷層落差大于5m處，落差小于5m處采取制定措施施工，如工作面通過的第一條斷層在靠工作面機(jī)頭處40m范圍內(nèi)落差為3.5m，則機(jī)頭附近40m范圍內(nèi)不改造，制定特殊措施施工等。通過采取上述措施保證了安全生產(chǎn)，減輕了過斷層時工人勞動強(qiáng)度，少出矸石，多出優(yōu)質(zhì)原煤，提高煤質(zhì)，提高了礦井經(jīng)濟(jì)效益。

3.回采工作面俯采，采空區(qū)容易涌砟，采空區(qū)側(cè)管理難度大

由于采用俯采作業(yè)，且局部俯采角度達(dá)到30°，在工作面采空區(qū)側(cè)采用液壓點柱配塑料網(wǎng)和板皮支護(hù)頂板和采空區(qū)，采空區(qū)矸石在重力作用下涌向工作面方向，被液壓點柱配塑料網(wǎng)和板皮擋住，如果點柱漏液、點柱不迎山、板皮折或塑料網(wǎng)破裂，均有可能矸石涌向工作面造成事故，特別是在傾角達(dá)到30°時工作面爆破期間，這種情況更為嚴(yán)重。

針對上述情況，加大采空區(qū)側(cè)支護(hù)強(qiáng)度，如在采空區(qū)側(cè)加打戧棚戧柱、使用雙層塑料網(wǎng)、加大采空區(qū)側(cè)板皮密度及加強(qiáng)二次注液和必要時召開專題研討會等，有效控制了采空區(qū)涌砟，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

4.在小巷運輸方面，采取措施，保證安全生產(chǎn)

（1）制作特制簡易罐，簡易罐高度和寬度分別為0.9m、0.8m，都比礦標(biāo)準(zhǔn)1.5t罐規(guī)格小，罐的前進(jìn)方向敞開（在罐的頂部有一根ф20鋼筋將罐的兩幫固定），罐的體積小，重量輕，方便運輸，嚴(yán)格執(zhí)行“開車不行人，行人不開車”規(guī)定。

（2）將行人與刮板輸送機(jī)運煤系統(tǒng)分開，上山段刮板輸送機(jī)采用封閉式管理；在運輸巷輸送機(jī)對面每間隔30m掘一個躲避硐，規(guī)格2.0m×1.8m×2.5m，開輸送機(jī)期間人員可到躲避硐內(nèi)。

5.在回收該類型煤柱時，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)適度減輕工人的勞動強(qiáng)度

由于采用炮采工藝，工作面推下山，且煤層傾角為16°～40°，因此工作面推下山時應(yīng)適當(dāng)調(diào)整工作面與煤層走向夾角，控制工作面俯采角度在16°～30°之間，工作面俯采平均角度盡可能控制在20°左右，工作面每向前推進(jìn)1m，工作面就下降270mm～500mm，平均下降350mm。

從上述條件可以看出，該工作面工人勞動強(qiáng)度大，有些工序還比較落后，因此必須盡可能設(shè)計好爆破參數(shù)，盡可能減少工人勞動強(qiáng)度。在打眼時底眼距底板300mm，根據(jù)煤層傾角情況下俯采角度-18°～-32°，腰眼和頂眼與工作面推下山方向平行，保證爆破后頂板基本不用找頂即可掛梁，同時工作面底部煤爆破效果良好，并強(qiáng)調(diào)正規(guī)操作，抓好現(xiàn)場管理，合理組織生產(chǎn)，及時根據(jù)情況調(diào)整施工中存在的問題，保證爆破后2/3煤炭直接裝入工作面輸送機(jī)，減輕工人勞動強(qiáng)度。

三、結(jié)論

通過采取上述方案和措施，有效解決了頂板流砟、過斷層、老空側(cè)涌砟、小巷運輸?shù)扔绊懓踩a(chǎn)問題，同時減輕了工人勞動強(qiáng)度，保證了安全生產(chǎn)，盡可能多回收了煤炭資源，為類似條件下煤柱回收積累了實踐經(jīng)驗。