燕子山礦小煤柱沿空掘巷技術(shù)研究

＊肖雙中

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司燕子山礦 山西 037037）

1.在掘、將掘小煤柱巷道情況

山4#層5208巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2698m，與8210工作面煤柱留設(shè)5m，斷面寬×高=5.0m×3.5m，鄰面8210工作面正在回采，預(yù)計(jì)2021年7月初停采，預(yù)計(jì)5月10日在巷道里程340m處采掘交鋒。巷道支護(hù)：頂錨桿6排，錨桿規(guī)格：φ22mm×2400mm，排間距=900mm×1800mm，與錨索交替布置，配長(zhǎng)鋼帶4800mm×280mm×4mm；幫錨桿4排，錨桿規(guī)格：φ22mm×2400mm，配鋼墊片250mm×250mm×10mm；頂錨索6排，錨索規(guī)格：φ21.8mm×6300mm，排間距=1000mm×1800mm，與錨桿交替布置，配JW鋼帶3500mm×330mm×6mm。煤柱側(cè)噴漿厚度100mm。

C3#層5218巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2516m，與8216工作面煤柱留設(shè)5m，斷面寬×高=5.0m×3.5m，鄰面8216工作面2020年6月份回采結(jié)束，穩(wěn)定期10個(gè)月，巷道上覆為采空區(qū)，與上覆山4#層層間距為20-25m，巷道支護(hù)同山4#層5208巷。

2.影響安全掘進(jìn)的因素

(1)臨空穩(wěn)定時(shí)間不足，巷道頂板不易控制

領(lǐng)面采空區(qū)穩(wěn)定時(shí)間不足，端部覆巖未形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，小煤柱沿空掘巷時(shí)，巷道易出現(xiàn)強(qiáng)礦壓，造成巷道變形嚴(yán)重，影響安全生產(chǎn)。

(2)存在巷道呼吸現(xiàn)象，臨面采空區(qū)易自燃

根據(jù)山西煤炭工業(yè)綜合測(cè)定中心對(duì)煤自燃傾向性鑒定結(jié)果：燕子山礦東區(qū)4#煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層，煤層最短自然發(fā)火期84天。燕子山礦東區(qū)3#煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層，煤層最短自然發(fā)火期83天。

觀測(cè)表明，采空區(qū)中含有CH4、CO2、O2、N2等氣體成分。8216采空區(qū)CH4濃度1.7%-3.0%，CO2濃度6.0%-8.3%，O2濃度3%-4%。綜合8216采空區(qū)氣體成分綜合分析：若留設(shè)小煤柱，當(dāng)相鄰的工作面開采時(shí)，有可能通過(guò)隔離小煤柱裂隙，回采過(guò)程中為相鄰采空區(qū)提供動(dòng)態(tài)供氧條件，為煤炭的氧化與升溫創(chuàng)造了條件。

(3)煤柱裂隙發(fā)育，瓦斯易涌出

燕子山礦為低瓦斯礦井，依據(jù)2020年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為燕子山礦為瓦斯礦井。礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為24.02m3/min，二氧化碳絕對(duì)涌出量為30.45m3/min；瓦斯相對(duì)涌出量為2.34m3/t，二氧化碳相對(duì)涌出量為2.97m3/t；采煤面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為1.87m3/min；掘進(jìn)面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.31m3/min。3#層8216工作面走向長(zhǎng)度為2450m，傾斜長(zhǎng)度為180m，平均采高6.5m。該工作面于2020年6月回采結(jié)束。山4#層8210工作面走向長(zhǎng)度為2750m，傾斜長(zhǎng)度為180m，平均采高6.5m。該工作面于2021年6月回采結(jié)束。沿空掘巷期間來(lái)自采空區(qū)浮煤、煤壁及圍巖等處的瓦斯有可能通過(guò)小煤柱裂隙泄漏。

(4)煤柱裂隙發(fā)育，鄰面采空區(qū)低洼處積水易涌出

采空區(qū)巷道低洼處易積水，小煤柱沿空掘巷因煤柱裂隙發(fā)育，若探放水不及時(shí)，采空區(qū)積水易通過(guò)煤柱涌出。

(5)臨面硐室處煤柱較小，存在貫通可能

小煤柱沿空掘巷工作面遇臨空皮帶頭硐室、絞車硐室等，沿空巷道與硐室間的煤柱寬度僅剩2～3m，上區(qū)段工作面回采期間未對(duì)硐室進(jìn)行充填、封閉等處理，調(diào)車硐室內(nèi)的水、火、瓦斯會(huì)給小煤柱工作面帶來(lái)安全隱患，須對(duì)臨空調(diào)車硐室采取注漿充填等技術(shù)措施確保安全生產(chǎn)。

3.治理措施

(1)頂板方面

①巷道圍巖監(jiān)測(cè)。錨桿錨索測(cè)力計(jì)：對(duì)小煤柱沿空巷道，按照50m一組安裝錨桿錨索測(cè)力計(jì)，并安排專人進(jìn)行定期觀測(cè)，錨桿錨索受力出現(xiàn)增大現(xiàn)象及時(shí)制定相應(yīng)措施。位移監(jiān)測(cè)：巷道定點(diǎn)進(jìn)行圍巖位移監(jiān)測(cè)，掌握頂板移近量，兩幫移盡量變化規(guī)律。頂離觀測(cè)：加強(qiáng)日常頂離觀測(cè)，全部觀測(cè)記錄統(tǒng)計(jì)成冊(cè)，分析頂板離層變化規(guī)律，并對(duì)頂板離層處及時(shí)進(jìn)行鉆孔窺視，采取相應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)措施。

②施工卸壓槽。在小煤柱沿空巷道底板施工卸壓槽，通過(guò)破壞底板結(jié)構(gòu)、預(yù)留變形減弱巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度。卸壓槽預(yù)留了一定的變形空間，能有效吸收巷道底板的水平變形和下部底板的隆起變形，從而減小巷道變形和破壞。

③局部卸壓孔。在局部出現(xiàn)強(qiáng)礦壓區(qū)域進(jìn)行鉆孔卸壓，人為破壞圍巖結(jié)構(gòu)，促使圍巖裂隙發(fā)育、塑性區(qū)擴(kuò)展，將高集中應(yīng)力向圍巖深處轉(zhuǎn)移，在圍巖破壞的過(guò)程中使高應(yīng)力得到釋放，從而緩解局部巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)，保證巷道圍巖穩(wěn)定。

④切頂卸壓。綜放面端部結(jié)構(gòu)影響著側(cè)向支承壓力分布，切頂卸壓可改變綜放面端部結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)力分布規(guī)律，減小端部上覆堅(jiān)硬巖層懸頂面積，縮短端部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)間。切頂卸壓就是在工作面前方回采巷道實(shí)體煤側(cè)布置切頂鉆孔，對(duì)工作面頂板進(jìn)行超前預(yù)裂切縫，使頂板沿預(yù)定方向產(chǎn)生切縫，切斷巷道頂板與實(shí)體煤側(cè)堅(jiān)硬頂板之間的力學(xué)聯(lián)系。隨工作面推進(jìn)，采空區(qū)頂板沿切縫垮落，大幅減小頂板在采空區(qū)側(cè)的懸露面積，使側(cè)向支承壓力峰值降低并向煤體深部轉(zhuǎn)移，有效增加側(cè)向支承壓力降低區(qū)范圍，同時(shí)縮短綜放面端部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)間，為沿空巷道掘進(jìn)創(chuàng)造良好的應(yīng)力和時(shí)間環(huán)境。

⑤破碎煤體注漿加固。小煤柱沿空巷道在采掘擾動(dòng)及斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響下局部煤體破碎，導(dǎo)致煤柱穩(wěn)定性下降、錨桿（索）錨固力不足，在采動(dòng)影響下巷道變形量大幅增加，礦壓顯現(xiàn)明顯。對(duì)破碎煤體注漿加固可提高巷道圍巖強(qiáng)度和承載能力，改善錨桿、錨索錨固效果，從而提高巷道圍巖穩(wěn)定性。

⑥采掘交鋒措施。交鋒相距100m時(shí)巷道停掘加強(qiáng)支護(hù)，并進(jìn)行礦壓觀測(cè)，交鋒后根據(jù)礦壓顯現(xiàn)情況至少200m后方可繼續(xù)掘進(jìn)；交鋒位置前50m和交鋒位置后200m支設(shè)單體柱三排，其中兩排跨過(guò)皮帶靠煤柱側(cè)布置。隨著8210工作面向前移動(dòng)，單體柱循環(huán)向外移動(dòng)。

(2)氣體治理

①煤柱側(cè)噴漿，降低巷道與采空區(qū)間的“氣體呼吸”現(xiàn)象。小煤柱沿空掘巷時(shí)，對(duì)巷道中線至小煤柱側(cè)實(shí)施噴漿，噴漿厚度100mm，初噴不得滯后于工作面50m，復(fù)噴不得滯后于工作面100m，以降低氧氣通過(guò)小煤柱裂隙進(jìn)入采空區(qū)的可能。

②加強(qiáng)巷道氣體監(jiān)測(cè)監(jiān)控。按規(guī)定安設(shè)各類監(jiān)控傳感器，監(jiān)測(cè)沿空巷道內(nèi)瓦斯、一氧化碳濃度，必要時(shí)可在臨空硐室等小煤柱寬度變化和破碎區(qū)域下風(fēng)側(cè)安設(shè)甲烷傳感器；必須定期對(duì)監(jiān)控傳感器進(jìn)行調(diào)校，定期對(duì)閉鎖功能進(jìn)行測(cè)試，確保傳感器靈敏，設(shè)備功能可靠；沿空巷道回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1.0%時(shí)，必須停止工作，撤出人員，切斷工作面電源，采取措施，進(jìn)行處理。小煤柱沿空掘巷工作面掘采期間，連續(xù)監(jiān)測(cè)采空區(qū)遺煤自然發(fā)火標(biāo)志性氣體濃度，若濃度上升須采取措施，抑制遺煤氧化自燃。

③煤柱側(cè)鋪設(shè)注氮管路。小煤柱掘進(jìn)工作面掘進(jìn)期間應(yīng)在煤柱側(cè)鋪設(shè)注氮管路，注氮管路不得滯后工作面100m，一旦發(fā)現(xiàn)鄰近采空區(qū)有一氧化碳?xì)怏w上升現(xiàn)象，應(yīng)采取措施，向鄰近采空區(qū)實(shí)施注氮，消除自然發(fā)火隱患。

④加強(qiáng)鉆孔管理及氣體檢測(cè)。加強(qiáng)掘進(jìn)巷道內(nèi)各類鉆孔的封孔管理，防止瓦斯等有毒有害氣體泄漏。對(duì)連通上覆采空區(qū)的各類措施孔，使用完畢后必須及時(shí)按封孔設(shè)計(jì)進(jìn)行封孔，確保封孔質(zhì)量。

⑤臨面硐室及時(shí)充填。小煤柱沿空掘巷鄰近工作面回采過(guò)程中，必須對(duì)小煤柱側(cè)各硐室進(jìn)行充填處理，避免在小煤柱寬度變化區(qū)域形成破碎區(qū)域，并在掘進(jìn)期間需探測(cè)調(diào)車硐室實(shí)際位置。

⑥加強(qiáng)日常巡查管理。瓦斯檢查工必須嚴(yán)格執(zhí)行瓦斯巡回檢查制度和請(qǐng)示報(bào)告制度，并及時(shí)通風(fēng)、調(diào)度匯報(bào)。小煤柱沿空掘巷工作面掘進(jìn)期間，密切關(guān)注巷道與采空區(qū)的壓差變化。小煤柱沿空掘巷工作面掘進(jìn)期間，應(yīng)加強(qiáng)巷道內(nèi)氣體檢測(cè)，一旦檢測(cè)到漏風(fēng)點(diǎn)及漏風(fēng)通道，必須及時(shí)向通風(fēng)調(diào)度及礦調(diào)度匯報(bào)情況。相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)發(fā)現(xiàn)的漏風(fēng)點(diǎn)性質(zhì)，采取相應(yīng)的封堵措施。

⑦加強(qiáng)局部通風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒管理，保證風(fēng)量充足。小煤柱掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)供風(fēng)量必須充足，能夠滿足稀釋甲烷、二氧化碳等氣體，并加強(qiáng)日常風(fēng)筒管理；安設(shè)兩臺(tái)同等能力的局部通風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)“三專兩閉鎖”和“雙風(fēng)機(jī)、雙電源”自動(dòng)切換，每天進(jìn)行一次自動(dòng)切換試驗(yàn)；嚴(yán)格工作面供電管理，杜絕局部通風(fēng)機(jī)無(wú)計(jì)劃停電停風(fēng)；局部通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，必須經(jīng)瓦檢員檢測(cè)氣體符合規(guī)定后，方可人工開啟。

4.防治水方面

針對(duì)小煤柱掘進(jìn)工作面防治水工作，主要為超前探放水，從以下三個(gè)方面開展：

（1）物探。采用瞬變電磁探測(cè)法和直流電法井下超前物探，探測(cè)巷道前方100m范圍內(nèi)的低阻體異常區(qū)以及分布范圍，對(duì)于物探報(bào)告中的低阻區(qū)域要鉆探驗(yàn)證安全后方可繼續(xù)掘進(jìn)。

（2）鉆探。對(duì)于小煤柱掘進(jìn)工作面一是有掘必探設(shè)計(jì)，保證工作面在安全可控的范圍內(nèi)掘進(jìn)。二是探測(cè)相鄰采空區(qū)低洼積水區(qū)域，根據(jù)巷道底板標(biāo)高勾畫積水區(qū)域，劃定“三線”，超前30m施工鉆孔探測(cè)積水區(qū)，保證相鄰采空區(qū)內(nèi)積水標(biāo)高不得高于本巷1m。鉆孔如探通有水，按規(guī)定安裝照閥門和返水彎頭；如探通無(wú)水，要繼續(xù)施工鉆孔再次驗(yàn)證是否有積水。

鉆孔放水期間要加強(qiáng)水量監(jiān)測(cè)和氣體監(jiān)測(cè)，鉆孔放水結(jié)束后，要對(duì)比預(yù)計(jì)積水量和實(shí)際放水量之間的差距，必要時(shí)補(bǔ)充鉆孔探放，防止鉆孔堵塞造成積水放完的假象發(fā)生。

（3）化探。對(duì)探放出的水進(jìn)行化學(xué)分析，把水化學(xué)分析加入我們數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行比對(duì)分析。確定出水來(lái)源，分析是否有補(bǔ)給，為后續(xù)工作開展做好基礎(chǔ)工作。

5.結(jié)語(yǔ)

燕子山礦通過(guò)對(duì)山4#層5208巷、C3#層5218巷小煤柱沿空掘巷采取以上措施，巷道頂?shù)装逡平∮?00mm，氣體未發(fā)生過(guò)超限，采空區(qū)積水累計(jì)排放12300m3，各類管控措施管控有效，巷道日進(jìn)7-8m，有力的保障礦井的生產(chǎn)銜接。為集團(tuán)公司其他礦井的小煤柱的正常掘進(jìn)提供重要參照，具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。