特厚煤層綜放工作面降低停采煤柱寬度的探討與實踐

張興國

0 引言

目前同煤集團開采石炭系3～5#的主要千萬噸礦井工作面停采煤柱尺寸較大，縮小停采煤柱尺寸，提高資源回收率，保證工作面安全停采成為重點研究對象[1]。特厚煤層綜放開采具有工作面超前支撐應力影響范圍大、應力峰值位置到煤壁的距離大于一般工作面的特點[2]，縮小停采煤柱尺寸對工作面順利停采提出了新的要求。塔山礦8110工作面通過采取相關技術措施、改進停采工藝使停采煤柱由160 m縮小至80 m，成為特厚煤層綜放工作面停采煤柱縮小的成功實踐。

1 工作面概況

塔山礦3～5#層8110工作面位于一盤區(qū)中部，東鄰8109工作面采空區(qū)，南以1070回風巷為界，西部8111工作面未圈出。8110工作面長度為207 m，煤層厚度7.14～19.34 m，平均14.70 m，采用大采高放頂煤開采，割煤高度為3.8 m。工作面平均走向長度1 945 m，最小停采煤柱由160 m縮小至80 m。8110工作面上覆二疊系山4#層8104工作面距8101工作面停采線最小距離為243 m，3～5#層與上覆二疊系山4#層間距23 m～35 m，8110工作面停采煤柱上方對應侏羅系14#層古窯采空區(qū)，與二疊系山4號層間距290～320 m。

圖1 工作面及停采煤柱示意

2 縮小停采煤柱的技術措施

8110工作面停采煤柱由180 m縮小至80 m對工作面皮帶機布置、防火密閉墻構筑、采空區(qū)漏風管理、停采線外順槽及盤區(qū)大巷支護強度等方面提出了更高的要求，為適應80 m停采煤柱，保證8110工作面順利停采，采取了一系列有效的技術措施。

2.1 工作面皮帶機技術改造

8110工作面2110順槽停采線位置距1070回風巷80 m，原作面皮帶機儲帶倉、拉緊裝置、卷帶裝置均使用地腳螺栓固定，固定段長度大于80 m，難以滿足停采煤柱縮小對工作面皮帶機的要求，因而采用單驅簡易皮帶機替換原有皮帶機。單驅簡易皮帶機采用使用一臺電機驅動，傳動機架與驅動裝置均在一個大底架上，且不用基礎固定，安裝簡便，不影響皮帶運輸能力。

改造時將8110工作面原有皮帶機卸載滾筒至普通皮帶架段皮帶全部退后到膠帶機普通段上，該段除卸載裝置保留外其余部件全部拆除。同時按設計安裝簡易皮帶機，補充安裝調(diào)高支腿，與原普通皮帶對接。改造時利用原皮帶機卸載滾筒、導流裝置和普通段皮帶架，減少皮帶機改造工作量，節(jié)約縮短時間。

圖2 工作面原皮帶機布置及簡易皮帶機設計

2.2 防火密閉墻優(yōu)化設計

密閉墻構筑位置的選擇需考慮巷道頂板、高冒區(qū)、片幫區(qū)、應力分布等多種因素，停采煤柱縮小后密閉墻可供選擇的合適構筑位置大幅減少；8110工作面停采線距離2110順槽回風繞道最小距離僅為23 m，無法按照原設計構筑3座防火密閉墻，密閉墻數(shù)量將減少；停采煤柱縮小后，在工作面采動應力影響下防火密閉墻可能出現(xiàn)壓裂、漏風等問題。針對停采煤柱縮小帶來的問題，進行了如下優(yōu)化設計：

（1）縮短密閉墻整體長度。2110順槽防火密閉墻由原設計的3座減少為2座，并對防火密閉墻結構進行優(yōu)化設計，原防火密閉墻為2 m混凝土墻+5 m粉煤灰充填+2 m混凝土墻，現(xiàn)將粉煤灰充填厚度優(yōu)化為2 m。

（2）增大密閉墻整體強度。將2110順槽與回風繞道三叉口處的防火墻結構由磚墻+粉煤灰充填改為混凝土+粉煤灰充填。

（3）優(yōu)化密閉墻構筑位置。將2110順槽第一組臨時密閉墻位置由距離停采線10 m調(diào)整為5 m；根據(jù)工作面應力分布規(guī)律，優(yōu)化5110順槽和8110頂板抽放巷防火密閉墻間距，確保防火密閉墻構筑位置避開應力集中區(qū)域。

2.3 動壓巷道補強支護

依據(jù)前期研究成果，我礦特厚煤層綜放工作面超前支承應力影響范圍為120 m左右，應力峰值超前工作面20～30 m。8110工作面停采煤柱縮小后，兩順槽停采線至1070回風大巷段、回風繞道、運料繞道及工作面對應位置的1070回風大巷均處于8110工作面動壓影響范圍。為避免在工作面動壓影響下出現(xiàn)漿皮脫落、頂板下沉等問題，影響工作面正常撤退及防火密閉墻構筑，對停采期間受8110工作面動壓影響的巷道進行補強支護。巷道頂板采用組合錨索壓金屬網(wǎng)補強支護，金屬網(wǎng)規(guī)格50×50 mm，巷道腮角及拱肩位置使用φ 22-2 500 mm左旋螺紋鋼錨桿壓網(wǎng)固定，錨桿排拒900 mm；組合錨索排間距1 800×2 000 mm，由1根φ 21.8×10 300 mm、對角2根φ 21.8×8300 mm和 2根 φ 21.8×6 300 mm組成，配套使用 600×600×16 mm組合錨索專用托盤。

2.4 頂板超前水壓預裂

為減弱8110工作面超前支承應力對停采線外順槽、回風繞道及盤區(qū)大巷穩(wěn)定性的影響，切斷應力應力傳播媒介，在2110順槽和5110順槽內(nèi)對工作面頂板進行超前水壓預裂，達到了弱化頂板的目的。兩順槽水壓預裂位置以停采線為中心前后各20 m范圍內(nèi)施工鉆孔，沿順槽方向相鄰每組鉆孔間距10 m，每組施工2個鉆孔。

圖3 頂板水壓預裂鉆孔示意

3 停采工藝改進

3.1 停采前放煤工藝改進

8110工作面回采期間具有周期來壓步距大、來壓強度較小的特點，平均來壓步距為31 m，特別是工作面進入相鄰8109工作面實煤區(qū)后周期來壓步距進一步增大，周期來壓強度減小。工作面停采期間需保證不出現(xiàn)周期來壓，避免工作面周期來壓造成頂板停采支護困難，停采煤柱縮小前工作面距停采線20 m左右開始不放煤；為適應停采煤柱減小工作面對巷道的動壓影響，結合8110工作面停采前周期來壓情況，對停采前放煤工藝進行改進。確定工作面距停采線25 m時，開始逐步減少放煤量，20～25 m范圍內(nèi)三分之二支架放煤，15～20 m范圍內(nèi)二分之一支架放煤，距停采線15 m時所有支架均不放煤。

3.2 停采鋪網(wǎng)工藝改進

為提高停采支護網(wǎng)的整體性，采用3片聚酯纖維柔性網(wǎng)代替原金屬網(wǎng)，柔性網(wǎng)規(guī)格為JDPET600×600MS，單片尺寸為 20×75 m，網(wǎng)眼規(guī)格 43×43 mm。8110工作面回采至距停采線15 m時，開始打錨桿吊掛φ 18.5 mm掛網(wǎng)鋼絲繩；圖片10煤機不割底煤留出一定高度的臺階作為工作平臺沿工作面方向在每架液壓支架頂梁前端100～200 mm平齊的架間頂板上打φ 17.8-4 300 mm錨索；錨索固定好，將40T連接環(huán)套到錨桿上，開始將鋼絲繩穿入所有環(huán)內(nèi)，將掛網(wǎng)鋼絲繩預緊；預緊后將掛網(wǎng)鋼絲繩一端頭穿過機尾頂板φ 17.8-8 300 mm錨索上的40T接鏈環(huán)，反向折回長度1 500 mm，然后使用六個φ18.5 mm的繩卡子緊固；掛網(wǎng)鋼絲繩固定后將網(wǎng)邊鋼絲繩與掛網(wǎng)鋼絲繩用卡扣固定，將聚酯纖維柔性網(wǎng)吊起；機組割煤時通過固定在支架上的絞盤將柔性網(wǎng)吊起，割煤后放下，隨支架前移逐步鋪網(wǎng)。

3.3 停采支護工藝改進

停采煤柱優(yōu)化前采用錨桿＋錨索＋組合梁支護，停采支護共十四排，針對停采煤柱縮短的要求將停采支護優(yōu)化為十一排，縮短停采距離的同時減少了停采支護時間，改進后采用錨索＋組合梁支護，改進前后工作面停采支護見下圖：

圖4 工作面停采支護示意圖

4 結語

（1）8110工作面停采煤柱由160 m縮小為80 m，對于提高資源利用率、保證采掘接替具有積極意義，同時也是特厚煤層綜放工作面停采煤柱縮小的成功實踐。

（2）通過采用單驅簡易皮帶機替換原有皮帶機、防火密閉墻構筑位置及結構優(yōu)化、受工作面動壓影響巷道的補強支護、工作面頂板超前水壓預裂切斷應力傳播媒介等技術措施優(yōu)化，為實現(xiàn)8110工作面停采煤柱縮小提供了有力保障。

（3）通過改進停采前工作面放煤量、不放煤距離，采用聚酯纖維柔性網(wǎng)代替原金屬網(wǎng)提高停采鋪網(wǎng)整體性，縮短工作面停采支護距離、優(yōu)化支護工藝等實現(xiàn)了停采工藝的改進，保證了8110工作面安全、高效停采。

[1]馬翔.放頂煤工作面停采煤柱留設研究與支護設計[J].煤炭科技，2015(4)：69-71．

[2]劉金海，姜福興，王乃國等.深井特厚煤層綜放工作面支承壓力分布特征的實測研究[J].煤炭科學科技，2011,36(1)：18-22．