綜放工作面密閉與停采線間保護(hù)煤柱留設(shè)寬度的探討

聶貴亮

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一礦，山西 陽泉 045008）

陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司一礦井田東西走向長13.5km，南北傾向?qū)?.8km，井田面積83.6km2，可采煤層為3#、12#、15#煤層，礦井目前開采15#煤層。15#煤層厚度最大值為9.03m，最小值為4.77m，平均6.91m，煤層經(jīng)鑒定具有自然發(fā)火性。15#煤工作面采用一進(jìn)、一回+高、低位抽采巷的布置方式，綜采放頂煤開采，工作面回采結(jié)束后由于工作面密閉與停采線間煤柱留設(shè)不合理，多次發(fā)生密閉失效、自燃，給礦井安全生產(chǎn)造成重大隱患。

1 工作面自然發(fā)火分析

由于工作面采煤方法以綜采放頂煤為主，工作面回采率目前僅能達(dá)到約87%，采空區(qū)存在一部分殘煤。為了防止工作面采空區(qū)自燃火災(zāi)的發(fā)生，要求工作面在回采結(jié)束后45d內(nèi)對工作面進(jìn)行密閉，而密閉質(zhì)量及密閉位置的科學(xué)設(shè)計直接決定能否有效隔絕空氣，降低采空區(qū)空氣流動，從而避免工作面采空區(qū)自燃的發(fā)生。

目前，由于工作面停采線設(shè)計不科學(xué)、工作面多出煤變更停采線等，致使工作面密閉墻與工作面停采線位置煤柱寬度不合理（特別是通常未考慮采空區(qū)裂隙帶發(fā)育延伸對高抽閉墻的影響），造成工作面閉墻在工作面礦山壓力和裂隙帶發(fā)育作用下，閉墻受壓破損，失去密閉作用或密閉效果不好，造成工作面回采結(jié)束后工作面漏風(fēng)，導(dǎo)致工作面自燃，給礦井安全生產(chǎn)造成很大隱患。

圖1 工作面巷道布置及密閉位置示意圖

2 密閉與停采線煤柱留置寬度分析、計算

目前工作面布置四條巷道，其中工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、低位抽采巷布置在15#煤層，高位抽采巷布置在15#煤上方12#煤層內(nèi)，層間距平均45m。由于巷道所處的層位不同，回采結(jié)束后采空區(qū)礦壓和裂隙帶對不同層位巷道密閉的影響機(jī)理各不相同，陽泉礦區(qū)15#煤上方高抽密閉效果主要取決于采空區(qū)裂隙帶發(fā)育延伸作用，而15#煤層本層位巷道密閉的效果主要取決于相鄰采空側(cè)礦壓的作用。由于不同層位巷道密閉效果的主要影響因素不同，因此，在密閉位置的設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)破壞機(jī)理的不同，具體分析，區(qū)別對待，見圖1所示。

通過兩種方法對工作面密閉位置和停采線間保護(hù)煤柱寬度進(jìn)行科學(xué)合理的計算，從而確定工作面密閉與停采線間保護(hù)煤柱的合理寬度。具體方法如下：

（1）礦壓觀測法：通過礦壓觀測，統(tǒng)計相鄰采區(qū)回風(fēng)巷煤柱留設(shè)寬度與巷道變形情況，確定工作面密閉與停采線間保護(hù)煤柱的合理寬度。以一礦為例，參照礦井各采區(qū)工作面密閉墻與停采線間煤柱留設(shè)不同寬度對密閉墻變形情況觀測統(tǒng)計，工作面停采線與工作面本層位密閉間煤柱寬度在50m以下時，工作面密閉受礦壓壓力作用明顯，且巷道普遍出現(xiàn)不同程度變形移近，密閉墻容易受礦山壓力作用發(fā)生破壞。因此在設(shè)計停采線時，應(yīng)結(jié)合密閉墻破損與煤柱間距統(tǒng)計數(shù)據(jù)和保護(hù)煤柱計算，將工作面本層位密閉與停采線間保護(hù)煤柱的合理寬度設(shè)定在L1≥50m；

（2）針對高抽密閉墻的合理寬度，通過觀測和分析，高位抽采巷密閉與采空區(qū)裂隙帶的發(fā)展延伸位置關(guān)系是密閉設(shè)計的關(guān)鍵，見圖2所示。應(yīng)通過裂隙帶的計算來確定工作面高位抽采巷密閉與停采線間保護(hù)煤柱的合理寬度。

根據(jù)陽泉礦區(qū)的基巖移動角72°塌陷角經(jīng)驗值，隨著時間的推移和頂板冒落的不斷變化，確定最終頂板冒落裂隙影響帶的影響范圍，計算出密閉與停采線間距應(yīng)為：45（根據(jù)礦井綜合柱狀圖計算12#、15#煤層巷道層間距約45m，具體工作面根據(jù)工作面巷道實際標(biāo)高計算）÷tan72°=14.6m，取15m。密閉墻的圍護(hù)帶寬度取5m（根據(jù)采礦設(shè)計手冊Ⅳ級建筑物圍護(hù)帶預(yù)留寬度），則密閉墻與停采線的合理煤柱寬度應(yīng)為L2=15+5=20m。

圖2 工作面采空區(qū)裂隙發(fā)育示意圖

通過以上兩種計算，分別確定出工作面上下層巷道密閉墻與工作面停采線合理寬度L1和L2，當(dāng)工作面停采線與密閉墻的位置均滿足L1和L2的留設(shè)條件時，確定出工作面密閉閉墻與停采線間保護(hù)煤柱留設(shè)的合理寬度，可以有效降低工作面自然發(fā)火幾率，保證礦井安全生產(chǎn)。

3 結(jié)語

針對綜放工作面回采結(jié)束后密閉與停采線間煤柱留設(shè)不合理和不規(guī)范這一問題，通過兩種方法對工作面密閉位置和停采線間保護(hù)煤柱寬度進(jìn)行科學(xué)合理的計算，提出了確定工作面密閉與停采線間煤柱尺寸的留設(shè)方法，形成了一套相對完善的密閉留設(shè)計算體系，對陽泉礦區(qū)密閉位置的合理設(shè)計及工作面自然發(fā)火的防治具有積極的指導(dǎo)意義。