小煤柱沿空掘巷在大采高綜采工作面的技術(shù)實(shí)踐及應(yīng)用

楊朔鵬　蘭華

[摘 要]近年來(lái)，隨著煤礦采深的不斷加大，地應(yīng)力大幅增加，因此很多煤礦都采取了留寬煤柱護(hù)巷的布置方式，但這種布置方式有很多明顯缺點(diǎn)。本文根據(jù)棗泉煤礦地質(zhì)現(xiàn)狀，對(duì)140201大采高綜采工作面小煤柱沿空掘巷進(jìn)行了研究，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果良好，以供類似礦井參考。

[關(guān)鍵詞]小煤柱 沿空掘巷 綜采工作面 大采高

中圖分類號(hào)：TD 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）05-0009-01

一、前言

棗泉煤礦全井田共劃分六個(gè)分區(qū)，各分區(qū)內(nèi)按煤層賦存情況分煤組劃分采區(qū)，每個(gè)煤組獨(dú)立布置上下山，形成生產(chǎn)采區(qū)，按照由上及下、先近后遠(yuǎn)的順序集中開(kāi)采。隨著開(kāi)采范圍和強(qiáng)度的增加，地應(yīng)力隨著采深的增加大幅增加，給工作面的開(kāi)采布置和巷道支護(hù)均帶來(lái)巨大壓力。棗泉煤礦采煤工作面的布置一直采用三巷布置，較大的煤柱護(hù)巷的方式，即工作面的機(jī)巷與輔助巷之間留有35～40m護(hù)巷煤柱。根據(jù)近幾年的生產(chǎn)情況，隨著采深的增加，這種留寬煤柱護(hù)巷布置方式缺點(diǎn)明顯：一是浪費(fèi)大量的煤炭資源，二是由于下一工作面風(fēng)巷布置在應(yīng)力升高區(qū)，巷道要經(jīng)受上一工作面回采動(dòng)壓及下一工作面回采超前壓力影響，巷道頂板下沉、底鼓量大，兩幫收縮嚴(yán)重，斷面收縮率大，巷修工程量大（一般需要經(jīng)過(guò)3～5次的維修），三是維修條件困難，危險(xiǎn)性大，并嚴(yán)重影響工作面的正常推進(jìn)。

為了解決工作面三巷布置寬煤柱護(hù)巷的不適用性，我礦積極探索、試驗(yàn)適應(yīng)棗泉煤礦應(yīng)力分布規(guī)律的煤柱尺寸，總結(jié)出了大采高工作面?zhèn)认蛑螇毫Φ姆植家?guī)律，探索了大埋深、高地應(yīng)力條件下工作采后動(dòng)壓對(duì)40m、20m、10m煤柱的影響，留不同煤柱尺寸護(hù)巷，雖然有不同的應(yīng)力顯現(xiàn)和效果，但是巷道變形均十分嚴(yán)重，仍不能夠滿足人員安全、通風(fēng)安全及礦井安全生產(chǎn)的需要。

二、工程概況

140201綜采工作面為棗泉煤礦二煤層14采區(qū)第一個(gè)工作面，工作面以北為14采區(qū)回風(fēng)下山，東側(cè)為140201綜采工作面輔助運(yùn)輸巷，南側(cè)為13、14采區(qū)DF50斷層、西側(cè)為130201大采高綜采工作面老空區(qū)。140201綜采工作面標(biāo)高+891.679m～+969.177m，埋深430m～518m。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度893m，傾斜長(zhǎng)度160m，煤層平均厚度8.0m，傾角4°～5°，正?；夭蓵r(shí)的采高為5.6±0.1m，采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤法開(kāi)采，采空區(qū)采用全部垮落法管理頂板。

二煤頂板以厚5.32～10.9m的炭質(zhì)泥巖為主，次之為砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖。砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度為196～289kg/cm2；粉砂巖抗壓強(qiáng)度為380～399kg/cm2。二煤底板以厚3m左右的粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，泥巖次之。煤塵爆炸指數(shù)為34.66%，有煤塵爆炸危險(xiǎn)。煤的自燃傾向性一級(jí)，屬于容易自燃煤層。

3、小煤柱沿空掘巷布置方式研究

3.1 大采高綜采工作面煤柱應(yīng)力分布規(guī)律

根據(jù)棗泉煤礦大采高工作面煤柱應(yīng)力分布現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，結(jié)合棗泉煤礦二煤賦存特點(diǎn)、煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)和強(qiáng)度指標(biāo)測(cè)試結(jié)果綜合分析研究，得出大采高綜采工作面煤層沿傾斜支承壓力顯現(xiàn)特征有以下幾點(diǎn)：

（1）工作面超前支承壓力對(duì)煤柱的影響范圍為25～45m左右。在工作面超前支承壓力影響前，各測(cè)點(diǎn)處煤柱應(yīng)力均有小幅近似線性增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度很小。

（2）煤柱0～9m和15～23m范圍受采動(dòng)影響劇烈，煤柱應(yīng)力增加明顯。且高應(yīng)力的范圍有向外擴(kuò)展的趨勢(shì)。

（3）煤柱9～15m范圍在采動(dòng)影響前后應(yīng)力增長(zhǎng)幅度相對(duì)較小，屬于巷道布置的有利位置。

因此，最終確定140201工作面回風(fēng)巷距130201工作面回風(fēng)巷水平中心距為14.7m，兩巷之間凈煤柱為10m，回風(fēng)巷巷道沿二煤層底板掘進(jìn)。

3.2 沿空掘巷巷道布置方式及支護(hù)參數(shù)

140201綜采工作面回風(fēng)巷設(shè)計(jì)為矩形斷面，掘進(jìn)斷面：寬×高=4700×3950mm，凈斷面：凈寬×凈高=4600×3800mm，巷道采用錨網(wǎng)+鋼帶+錨索支護(hù)。巷道頂部采用22#-M24-2500BHRB500號(hào)高強(qiáng)度左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿配合規(guī)格為W280×5×4700-740-7型W鋼帶使用，錨桿間、排距740×900mm。巷道幫部采用20#-M22-2000BHRB335號(hào)高強(qiáng)度左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間、排距900×900mm。頂部掛φ6.5mm圓鋼焊接的鋼筋網(wǎng)，幫部掛菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為40×40mm。頂部布置長(zhǎng)度為3700mm的三孔錨索絎架，錨索間距為1600mm，排距為1800mm，錨索采用φ21.98mm×8300mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索。

3.3 沿空掘巷時(shí)間控制

沿空巷道必須在采空區(qū)頂板巖石活動(dòng)穩(wěn)定后開(kāi)始掘進(jìn)，否則巷道會(huì)受移動(dòng)支承壓力的劇烈影響。因此，掌握好掘進(jìn)滯后于回采的間隔距離是十分重要的。根據(jù)我礦輔助運(yùn)輸巷受工作面采動(dòng)影響的礦壓觀測(cè)研究結(jié)果分析，得出相似條件下巷道與工作面開(kāi)采位置關(guān)系及壓力顯現(xiàn)特征及規(guī)律：

滯后綜采（放）工作面推進(jìn)相對(duì)位置60m左右，輔助運(yùn)輸巷出現(xiàn)煤炮聲頻繁，頂板掉渣，斷錨桿、錨索，頂板開(kāi)始下沉、底板開(kāi)始鼓起；滯后綜采（放）工作面推進(jìn)相對(duì)位置220m左右，巷道壓力顯現(xiàn)最為明顯，巷道變形加劇，頂板下沉、底板鼓起明顯，錨桿、錨索斷裂，鋼筋網(wǎng)撕裂現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，頂板下沉量最大為1040mm，最小為519mm，平均為780mm。底板鼓起量最大為1580mm，最小為680mm，平均為1130mm；滯后綜采（放）工作面推進(jìn)相對(duì)位置350m后，輔助運(yùn)輸巷壓力顯現(xiàn)趨于穩(wěn)定，頂、底變形趨緩，受工作面采動(dòng)影響基本結(jié)束。滯后綜采（放）工作面推進(jìn)相對(duì)位置25m后，巷道頂板淺部離層基本不再產(chǎn)生變化，滯后綜采（放）工作面推進(jìn)相對(duì)位置350m后，巷道頂板深部離層趨于穩(wěn)定，則巷道此時(shí)已不受綜采（放）工作面回采影響，已遠(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū)域。

根據(jù)上述相似條件下巷道與工作面開(kāi)采位置關(guān)系及壓力顯現(xiàn)特征及規(guī)律，各輔助運(yùn)輸巷滯后綜采（放）工作面推進(jìn)相對(duì)位置350m后，輔助運(yùn)輸巷壓力顯現(xiàn)趨于穩(wěn)定，頂、底變形趨緩，受工作面采動(dòng)影響基本結(jié)束。因此，140201工作面回風(fēng)巷的開(kāi)工時(shí)間要求如下：

（1）確定140201工作面風(fēng)巷施工始終滯后130201大采高綜采工作面不小于350m進(jìn)行。

（2）140201工作面風(fēng)巷月計(jì)劃進(jìn)尺250m，當(dāng)130201工作面設(shè)備回撤完畢后，140201工作面風(fēng)巷距離貫通位置仍然剩余120m左右，基本避開(kāi)了壓力集中影響段。

3.4 沿空掘巷巷道礦壓觀測(cè)

140201綜采工作面回風(fēng)巷自巷道掘進(jìn)開(kāi)始，就隨著巷道掘進(jìn)每隔50m布置一組頂板離層儀，巷道變形及礦壓顯現(xiàn)情況進(jìn)行觀測(cè)，直至巷道掘進(jìn)結(jié)束。

通過(guò)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析可得知，巷道大部分地段頂板下沉量在50～150mm范圍內(nèi)，說(shuō)明頂板處于可控范圍，頂板巖層相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)局部頂板下沉量超過(guò)150mm地段的通過(guò)及時(shí)補(bǔ)設(shè)錨索絎架后，頂板離層得到有效控制。部分底板底鼓量在380～450mm范圍內(nèi)，巷道施工完畢后可采用起底的辦法，底板底鼓相對(duì)易于維護(hù)。從兩幫移近量來(lái)看，最大移近量為900mm，且巷道下幫移近量較大，下幫最大移近量可達(dá)510mm，必須采取一定措施。

4、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)140201工作面風(fēng)巷應(yīng)用小煤柱沿空掘巷技術(shù)，不僅解決了巷道受礦山壓力問(wèn)題，確保了巷道空間，大大提高了掘進(jìn)效率，而且提高了巷道的支護(hù)效果，巷道修復(fù)費(fèi)用不到巷道成本的10%，費(fèi)用減少75%，降低了巷道的維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)多回收煤炭資源17.35萬(wàn)t，提高了煤炭資源回收率，滿足礦井安全高效生產(chǎn)的要求，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益十分顯著。

作者簡(jiǎn)介

楊朔鵬（1985—），寧夏銀川人，現(xiàn)就職于神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)棗泉煤礦，從事煤礦掘進(jìn)工作。

蘭華（1985-），黑龍江牡丹江人，現(xiàn)就職于神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)麥垛山煤礦籌建處，從事煤礦地質(zhì)工作。地址同上