復(fù)雜條件下孤島煤柱工作面煤層回采工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

閆軍輝 張曉飛

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦，河南 平頂山467000）

1 概述

該綜采工作面位于平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦二水平戊二大巷, 東起二水平戊一沿煤軌道下山；西至二水平戊二瓦斯專用巷和戊二軌道下山；南鄰戊8-21141 采空區(qū)；北接戊8-21160 采空區(qū)；屬孤島煤柱工作面。采面機(jī)巷上部覆有庚20-31060 采面，兩工作面形成壓茬關(guān)系，受上部采面回采動(dòng)壓影響，戊二大巷煤柱采面機(jī)巷礦壓顯現(xiàn)明顯；采面本煤層有戊二集中運(yùn)輸巷老巷貫穿采面，下部有戊-21141 機(jī)巷老巷；回采期間，由于受落差H=7.5m 的27#斷層影響，兩巷壓力大，礦壓顯現(xiàn)明顯，瓦斯涌出量增大，管理十分困難，如何采取切實(shí)有效措施加強(qiáng)頂板管理、瓦斯管理、設(shè)備管理、工藝管理等方面的技術(shù)研究將該段煤柱采出且創(chuàng)水平，對(duì)于緩解老礦井接替緊張局面，提高煤炭資源回收率達(dá)到精采細(xì)收，有非常重要的意義，為今后復(fù)雜條件下孤島煤柱工作面回采奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 復(fù)雜條件下孤島煤柱工作面煤層回采工藝技術(shù)研究

2.1“孤島”煤柱工作面的礦壓分析和控制

該“孤島”煤柱工作面受上部采面回采動(dòng)壓影響，機(jī)巷礦壓顯現(xiàn)明顯，巷幫及頂?shù)装逡苿?dòng)量大于20mm/天，巷道支護(hù)形式先后由錨網(wǎng)梁維修為梯形棚，后由梯形棚維修為U 型鋼拱形棚，并持續(xù)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)、維修棚子、拉底、擴(kuò)幫等工作，最終保證了安全生產(chǎn)。

2.2 采面過(guò)斷層的方案制定和實(shí)施

二水平戊二大巷煤柱采面采長(zhǎng)235m，采高2.2m，布置157組ZY4000-12/25 型液壓支架?；夭蛇^(guò)程中過(guò)27#斷層，該斷層為正斷層，落差H=7.5m，走向28°，傾向298°，傾角為30-60°，走向影響68.6m，傾向影響147.3 米。從斷層在風(fēng)巷揭露情況、采面柱狀分析和地測(cè)科提供的斷層預(yù)想剖面分析，戊8 煤層頂板和斷層影響區(qū)為泥巖和砂質(zhì)泥巖。該斷層由風(fēng)巷暴露，逐漸向機(jī)頭方向延伸，對(duì)回采有嚴(yán)重影響。

2.2.1 過(guò)斷層方案的選擇

方案一：搬家跳眼，對(duì)斷層影響的采面后半段進(jìn)行搬家跳眼，按刀把對(duì)接進(jìn)行管理。根據(jù)地測(cè)部門提供的斷層發(fā)育情況，通過(guò)理論分析結(jié)合由機(jī)巷向采面做補(bǔ)切眼探測(cè)斷層的方式確定采面后半段搬家跳眼的準(zhǔn)確位置。補(bǔ)切眼位置的確定：在采面斷層落差變小為H=1m 的位置，兼顧探測(cè)薄煤帶及33#、36#斷層，結(jié)合風(fēng)機(jī)兩巷頂板狀況，確定在機(jī)巷向風(fēng)巷做補(bǔ)切眼。

后半段跳眼位置確定：補(bǔ)切眼掘進(jìn)至與斷層交匯處開(kāi)始向采面斷層方向打眼探測(cè)，邊掘邊探，當(dāng)探測(cè)斷層落差在H=3m 時(shí)，由補(bǔ)切眼沿走向向采面回采切眼做聯(lián)絡(luò)巷，聯(lián)絡(luò)巷與采面切眼交叉點(diǎn)即為后半段跳眼位置。

方案二：硬過(guò)27#（H=7.5m）斷層。

根據(jù)補(bǔ)切眼探斷層情況決定是否硬過(guò)斷層，若探得斷層在落差H=3m 的位置對(duì)采面影響傾向小于60 架，采取硬過(guò)方案。

2.2.2 實(shí)施情況

（1）補(bǔ)切眼施工情況。在補(bǔ)切眼實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中，在推斷與斷層交匯處未見(jiàn)斷層，繼續(xù)邊掘邊探，掘進(jìn)了110m，在110m 處水平方向向采面回采切眼打眼，共打了3 個(gè)眼：以0°打眼20m 深，全煤未見(jiàn)巖石；以30°打眼20m 深，全煤未見(jiàn)巖石；以50°打眼30m 深，全煤未見(jiàn)巖石。根據(jù)打鉆情況，在預(yù)想斷層落差H=3m 的位置并未見(jiàn)斷層，地測(cè)部門根據(jù)打鉆情況推斷斷層實(shí)際落差H=3m 的位置更靠近機(jī)尾方向，斷層在采面的影響范圍更小，因此，為了盡可能多回采煤炭資源，最終方案確定為硬過(guò)27#斷層。

（2）硬過(guò)27#斷層技術(shù)措施。斷層方案確定后，根據(jù)斷層在風(fēng)巷揭露情況，結(jié)合預(yù)想剖面，需提前采取以下措施：

a.風(fēng)巷“高墻”處提前剎頂。施工方法：剎頂段支護(hù)采用單體柱配合鐵道、工字鋼、圓木、大板等架設(shè)木垛支護(hù)。將鐵道穿入巷幫，靠?jī)蓭透鞔蛞桓硬⑹褂描F絲將鐵道與柱子連鎖，棚間距2.3-2.5m 在順山鐵道棚子之間夾套2-3 棚圓木棚子（圓木長(zhǎng)度不夠時(shí)，可將兩根圓木對(duì)接使用）。在所架好的順山棚子上用圓木或大板擺“井”字型木垛，第一層圓木用鐵絲與順山鐵道連鎖，以后擺放的木垛（用抓釘抓牢或者鐵絲拴牢）層層相互連鎖，擺放到距離頂板0.2 米左右時(shí)，用穿楔或板皮背頂，保證頂板背實(shí)。如采用雙排走向平行木垛時(shí)，兩個(gè)并排木垛之間必須用2-3 根圓木連鎖。然后再升緊單體柱使物料與頂板接觸嚴(yán)實(shí)（圖1）。

圖1 剎頂段支護(hù)示意圖

b.斷層影響段提前漂溜子。27#斷層為正斷層，由采面風(fēng)巷暴露，向機(jī)頭方向移動(dòng)、延伸。根據(jù)制定的漂溜子措施，采面推進(jìn)距斷層面20m 時(shí)，從第120 架至機(jī)尾157 架按每刀煤上漂150mm開(kāi)始漂溜。采面機(jī)尾揭露斷層面，溜子自漂溜開(kāi)始共計(jì)漂了5m。隨采面推進(jìn)，根據(jù)斷層面發(fā)展情況逐步向機(jī)頭方向漂溜，斷層過(guò)渡段按20-35 架控制，直至采面全部沿戊8 煤層回采。

c.提前注固安特加固頂板。采面進(jìn)入斷層面前，在斷層面附近，距底板2m，間距3m 布孔，提前注固安特，前后共計(jì)注固安特10t，加固斷層面頂板。采面進(jìn)入注固安特區(qū)域后，在機(jī)尾以下第145 架處見(jiàn)到固結(jié)漿塊，由于形成了固結(jié)頂板，較為穩(wěn)定，煤機(jī)截割期間未發(fā)生掉頂、片幫情況，起到了很好的加固效果。

d.加強(qiáng)采面頂板管理。采面進(jìn)入斷層前，提前壓網(wǎng)，進(jìn)入斷層后，超前架管理頂板，頂板破碎段以及托頂煤處上雙網(wǎng)，并上走向工字鋼或圓木挑圓木或者大板維護(hù)頂板，且頂板維護(hù)段隨斷層發(fā)展向機(jī)頭延伸。為保證煤質(zhì)，嚴(yán)格控制采高在2.1 米左右。

2.2.3 吸取教訓(xùn)及亮點(diǎn)

（1）吸取教訓(xùn)。風(fēng)巷在掘進(jìn)期間，27#斷層處做成了“高墻”，落差3.6-4m，給回采帶來(lái)了困難，增加了剎頂工程量。在以后掘進(jìn)期間，遇到較大斷層，要避免出現(xiàn)“高墻”，為以后回采提供良好條件。機(jī)尾漂溜過(guò)程中，由于風(fēng)巷提前剎頂時(shí)將一部分戊8 煤剎在頂板上，未根據(jù)采面漂溜需要?jiǎng)x成抹坡，限制了機(jī)尾段漂溜幅度。采面過(guò)斷層期間漂溜幅度無(wú)法準(zhǔn)確掌握，整個(gè)漂溜過(guò)程中，只能以戊8 煤頂板上間距5m 左右的一層白砂巖為基準(zhǔn)參照，漂溜后沿戊8 煤的白砂巖頂板回采，以此來(lái)判定漂溜幅度為5m。風(fēng)巷斷層面提前注固安特層位過(guò)低，應(yīng)根據(jù)漂溜后頂板的層位進(jìn)行布孔，形成穩(wěn)定固結(jié)頂板。

（2）亮點(diǎn)。在安全管理方面：過(guò)斷層以及放炮期間，在頂板管理以及放炮管理、瓦斯管理方面，未出現(xiàn)頂板以及瓦斯事故，保證了安全順利過(guò)斷層。

2.3 采面過(guò)老巷的分析研究

采面切眼靠近機(jī)頭側(cè)有一條戊二集中運(yùn)輸巷；在采面中后部分有一條戊二總回風(fēng)巷，戊二總回風(fēng)巷位于采面中部下方，該巷道頂板沿戊9 煤層，與采面戊8 煤層底板間距1.2-2.3m；采面靠近機(jī)尾處回采22.6m 左右透戊8-21141 機(jī)巷老巷；回采111.2m 左右機(jī)尾處將過(guò)戊8-21141 廢切眼；老巷對(duì)回采產(chǎn)生一定影響（圖2）。

2.3.1 老巷概況：

戊二集中運(yùn)輸巷老巷在采面機(jī)頭處暴露，與采面在同一層位，平行于機(jī)巷，沿走向直至采面結(jié)束。戊二總回風(fēng)巷老巷位于采面中部下方，該巷道頂板沿戊9 煤層，與采面戊8 煤層底板間距1.2-2.3m，隨采面的推進(jìn)將與風(fēng)巷貫通，預(yù)計(jì)走向影響590m 左右。戊8-21141 機(jī)巷老巷在采面中后部，預(yù)計(jì)采面回采22. 6m 時(shí)將與采面貫通，最終將與風(fēng)巷貫通。預(yù)計(jì)走向影響320m 左右。采面回采111.2m 左右機(jī)尾處將過(guò)戊8-21141 廢切眼，預(yù)計(jì)傾向影響30m 左右。

圖2 老巷位置平、剖面示意圖

2.3.2 技術(shù)要求：

（1）過(guò)老巷前，老巷影響段前后5m 范圍內(nèi)必須上網(wǎng)，隨著老巷推進(jìn)及時(shí)聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)期間加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量管理。頂板破碎處聯(lián)雙網(wǎng)及上大板維護(hù)頂板。

（2）過(guò)老巷期間，各班開(kāi)工前必須提前備足頂板維護(hù)物料、備齊工具，否則不得生產(chǎn)。采面過(guò)老巷處，易發(fā)生片幫、掉頂，應(yīng)及時(shí)拉超前架，杜絕采面大面積片幫造成冒頂事故。

（3）過(guò)戊二集中巷老巷和戊8-21141 機(jī)巷老巷期間，若空頂面積較大時(shí)，可采用打順山托棚支護(hù)頂板，圓木或工字鋼做梁，單體柱做腿，一梁三柱，若梁的一端搭在支架上則可采用一梁二柱。

（4）過(guò)戊二集中巷老巷和戊8-21141 機(jī)巷老巷期間，若老巷暴露出工字鋼、鐵道或圓木腿，必須先回后過(guò)。采用千斤頂或手動(dòng)葫蘆把工字鋼、鐵道或圓木等拽出。千斤頂一端固定在支架可靠位置，一端用鏈條拴住工字鋼或圓木，并用楔子或板皮背緊。油管接在相鄰支架上，拴鏈人員確認(rèn)拴牢并躲在安全地點(diǎn)后發(fā)出操作指令，操作千斤頂人員躲在支架立柱后進(jìn)行操作。

（5）過(guò)戊8-21141 機(jī)巷老巷前必須先探明老巷的位置，以及有毒有害氣體，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)匯報(bào)、處理。過(guò)老巷期間，加強(qiáng)瓦斯、CO 等有害氣體的檢查，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)匯報(bào)、處理。

（6）嚴(yán)格控制采高，及時(shí)拔、縮加長(zhǎng)桿，防止支架超高或死架。老巷處掛牌管理，牌板位置的變化隨著老巷而變化。老巷處拉架、割煤時(shí)，嚴(yán)禁單崗作業(yè)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)必須有班長(zhǎng)以上干部現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)采煤工作面的礦山壓力、老巷和地質(zhì)構(gòu)造等提前分析研究，完善規(guī)程、措施，加強(qiáng)工作面支護(hù)質(zhì)量，加強(qiáng)采面工程質(zhì)量和“一通三防”管理，真正實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上可行、安全上可靠。實(shí)踐證明，加強(qiáng)對(duì)巷道壓力控制和過(guò)老巷、地質(zhì)構(gòu)造的超前管理，使采面和老巷頂板得到了很好的控制，為今后其它采面過(guò)老巷和地質(zhì)構(gòu)造提供可靠的技術(shù)保證，并積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)該研究成果具有很大的推廣價(jià)值。