巷道負(fù)煤柱施工防沖技術(shù)應(yīng)用

徐志強(qiáng)

（鶴崗礦業(yè)集團(tuán)公司興安煤礦,黑龍江 鶴崗 154102）

興安煤礦17層煤頂板和煤層具有強(qiáng)沖擊傾向性，三水平北17層三四區(qū)一段頂分層在掘送巷道的過(guò)程中掘進(jìn)時(shí)共發(fā)生5次沖擊地壓，其中2次沖擊地壓造成工作面停產(chǎn)。三水平北17層三四區(qū)二段工作面為興安煤礦綜采一隊(duì)接續(xù)工作面，由5101掘進(jìn)隊(duì)、5202掘進(jìn)隊(duì)掘送，保證掘送巷道期間人員與延米達(dá)到安全高效的目的。在準(zhǔn)備掘送三水平北17層三四區(qū)二段巷道時(shí)，根據(jù)開(kāi)采條件方面對(duì)比，掘送賦存更深的二段時(shí)沖擊危險(xiǎn)更為嚴(yán)重。從優(yōu)化巷道布局入手，采用負(fù)煤柱布置回風(fēng)道，即把二段回風(fēng)道布置在一段頂分層機(jī)道下掘送，使回風(fēng)道處在免壓區(qū)內(nèi)，從根本上治理沖擊地壓。

1 概況

工作面位于三水平北17層三四區(qū)二段，上至回風(fēng)道（標(biāo)高-307.2～ -319.9m），下至機(jī)道（標(biāo)高-401.6～ -415.6m），北起切眼位置，南至設(shè)計(jì)停采線。走向長(zhǎng)1080m，傾斜平均長(zhǎng)176m，平均煤厚為11.3m。上覆北11層工作面已開(kāi)采完畢，下覆21層未開(kāi)采，區(qū)內(nèi)勘探鉆孔未測(cè)斜。與上覆11層間距117～191m，下覆21層間距95～126m。

從鉆孔實(shí)際描述以及掘送巷道實(shí)際情況看，煤層夾矸為4～6層0.22～0.95m的粉砂巖及炭頁(yè)巖，走向185～195°、傾角28～36°，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。煤層硬度0.31～0.71，煤層層理、節(jié)理發(fā)育。煤層偽頂為0.2～3.33m炭頁(yè)巖,直接頂為5.2～14.9m的灰色粉砂巖,以石英、長(zhǎng)石為主，含炭屑，膠結(jié)堅(jiān)硬，層理明顯?；卷敒?2～55.15m的中粗砂巖,分選差，夾細(xì)砂巖薄層，局部少量炭質(zhì)，巖石類別為Ⅲ，為中等穩(wěn)定頂板。底板為4.5～5.5m的凝灰質(zhì)粉砂巖，巖石類別為Ⅱ。

2 工作面鄰區(qū)鄰層情況

（1）鄰區(qū)：本區(qū)域回風(fēng)道在采空區(qū)內(nèi)施工，北側(cè)以F1號(hào)斷層下盤為界，南側(cè)以L1號(hào)斷層下盤為界，現(xiàn)南北西側(cè)無(wú)其他工作面。

（2）鄰層：本煤層在13-14′勘探線上覆11層煤，在13′勘探線以北已開(kāi)采完畢，以南尚未開(kāi)采。

風(fēng)道開(kāi)門點(diǎn)向北463m為一水平北三四區(qū)3層三段停采線；風(fēng)道開(kāi)門點(diǎn)向北663m至風(fēng)道開(kāi)門點(diǎn)向北687m為一水平北三四區(qū)3層三段遺留煤柱；風(fēng)道開(kāi)門點(diǎn)向北392m為二水平北三四區(qū)9層一段停采線；風(fēng)道開(kāi)門點(diǎn)向北888m為二水平北三四區(qū)9層一段停采線；機(jī)道開(kāi)門點(diǎn)向北325m為二水平北三四區(qū)3層一段停采線；機(jī)道開(kāi)門點(diǎn)向北970m至開(kāi)門點(diǎn)向北1145m為二水平北三四區(qū)3層一段煤柱。

工作面中部留有一水平北三四區(qū)3層三段和二水平北三四區(qū)3層一段階段煤柱；一水平北三四區(qū)3層三段遺留煤柱二處；二水平北三四區(qū)9層二段遺留煤柱一處。詳見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 二段底分層與一段采掘工程關(guān)系對(duì)照?qǐng)D

圖2 二段底分層與一段采掘工程平面圖

3 沖擊傾向及沖擊危險(xiǎn)評(píng)價(jià)

（1）根據(jù)煤層測(cè)定數(shù)據(jù)結(jié)果表明17層煤層為強(qiáng)沖擊傾向性。

（2）根據(jù)巖層測(cè)定結(jié)果表明17層煤層為強(qiáng)沖擊傾向性。

（3）根據(jù)自然地質(zhì)條件定性因素分析：

由開(kāi)采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造引起的應(yīng)力增量與正常應(yīng)力之比γ按下式進(jìn)行計(jì)算：

γ=（σg-σ）/σ=(33.42-21.16)/21.16=0.579

式中：

σg-增高的應(yīng)力；

σ-正常應(yīng)力。

當(dāng)γ大于30%時(shí)，開(kāi)采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造引起的應(yīng)力增量與正常應(yīng)力之比的系數(shù)取3。

自然地質(zhì)條件因素對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)的影響程度及沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定的指數(shù)Wt1按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：

Wt1-沖擊地壓危險(xiǎn)指數(shù)；

Wimax-每i個(gè)自然地質(zhì)條件因素中的最大指數(shù)值；

Wi-采掘工作面周圍第i個(gè)自然地質(zhì)條件因素的實(shí)際指數(shù)；

n-自然地質(zhì)條件因素?cái)?shù)目。

此時(shí)沖擊危險(xiǎn)指數(shù)Wt1=17/21=0.81。故此工作面為強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)。

（4）通過(guò)開(kāi)采技術(shù)條件定性因素分析：

采掘工作面周圍開(kāi)采技術(shù)條件對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)的影響程度及沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定的指數(shù)Wt2按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：

Wt2-沖擊地壓危險(xiǎn)指數(shù)；

Wimax-每i個(gè)開(kāi)采技術(shù)因素中的最大指數(shù)值；

Wi-采掘工作面周圍第i個(gè)開(kāi)采技術(shù)因素的實(shí)際指數(shù)；

n2-開(kāi)采技術(shù)條件因素?cái)?shù)目。

Wt2=（13）/33=0.39。故此工作面為弱沖擊危險(xiǎn)。綜合以上結(jié)論分析：三水平北17層三四區(qū)二段工作面為強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)。

4 施工方案

根據(jù)工作面沖擊危險(xiǎn)程度和三水平北17層三四區(qū)一段頂分層開(kāi)采實(shí)際情況，研究、確定該工作面防沖治理方案如下：

（1）從防沖角度分析小煤柱或負(fù)煤柱一次采全高進(jìn)行開(kāi)采，能夠最大限度減輕沖擊危險(xiǎn)；

（2）從通風(fēng)角度考慮認(rèn)為小煤柱或負(fù)煤柱開(kāi)采對(duì)防火極為不利，現(xiàn)有手段不能保證防火安全開(kāi)采；

（3）從生產(chǎn)角度分析認(rèn)為綜采放頂煤回采率較低，煤炭損失量較多。

（4）從防火角度分析認(rèn)為二段回風(fēng)道與一段底分層機(jī)道留4～5m煤柱能夠保證防火安全，提前對(duì)工作面兩道預(yù)注水能提高回采率，減少煤炭損失。

綜合以上思路,為了將三水平北17層三四區(qū)二段風(fēng)道設(shè)計(jì)在防沖預(yù)留免壓帶內(nèi)，同時(shí)為防火預(yù)留足夠煤柱，研究決定三水平北17層三四區(qū)二段風(fēng)道與三水平北17層三四區(qū)一段底分層機(jī)道留4～5m煤柱，三水平北17層三四區(qū)二段風(fēng)道內(nèi)錯(cuò)三水平北17層三四區(qū)一段頂分層機(jī)道9m，實(shí)現(xiàn)負(fù)煤柱掘進(jìn)，保證三水平北17層三四區(qū)二段風(fēng)道處在免壓區(qū)，使風(fēng)道由強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)變?yōu)闊o(wú)沖擊危險(xiǎn)。如圖3所示。

圖3 風(fēng)道層間關(guān)系剖面示意圖

5 效果分析

5.1 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

三水平北17層三四區(qū)二段風(fēng)道負(fù)煤柱掘送，使該巷道由原來(lái)評(píng)價(jià)的強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)變?yōu)闊o(wú)沖擊危險(xiǎn)，與三水平北17層三四區(qū)一段頂分層風(fēng)道掘送巷道時(shí)對(duì)比，在掘送三水平北17層三四區(qū)二段風(fēng)道時(shí)可以不施工卸壓鉆孔，按正常施工卸壓鉆孔工作量計(jì)算，共計(jì)節(jié)約1556個(gè)卸壓鉆孔，節(jié)約施工鉆孔延米38900m，按現(xiàn)階段鉆孔施工成本計(jì)算，預(yù)計(jì)可節(jié)約成本387萬(wàn)元。另外施工鉆孔時(shí)用150T鉆機(jī)或300T鉆機(jī)施工，預(yù)計(jì)可節(jié)約鉆機(jī)配件消耗以及113mm孔徑鉆頭消耗8萬(wàn)元。節(jié)省了材料的消耗，也節(jié)省了人工費(fèi)用，無(wú)沖擊的情況下，掘進(jìn)巷道成巷后，巷道的壓力顯現(xiàn)不明顯、巷道的變形量幾乎沒(méi)有，大大地降低了巷道二次恢復(fù)所造成的材料消耗及人力工時(shí)的消耗，這也正符合集團(tuán)公司提倡的節(jié)支降成的宗旨，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 安全價(jià)值

大幅度提高了巷道掘進(jìn)速度，縮短了施工工期，提高了生產(chǎn)效率。三水平北17層三四區(qū)二段風(fēng)道進(jìn)行負(fù)煤柱掘進(jìn)施工時(shí)，回風(fēng)道掘進(jìn)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高速安全掘進(jìn)，最大限度地杜絕了沖擊地壓的發(fā)生機(jī)率。回風(fēng)道實(shí)現(xiàn)了大斷面掘進(jìn)機(jī)月掘進(jìn)380m，保證了礦井的正常接續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。