突出煤層小煤柱沿空掘巷的巷道布置研究與實踐

高青松

(華陽新材料科技集團有限公司 五礦，山西 平定 045200)

五礦貴石溝井2016年升級為突出礦井，主采的15號煤層為突出煤層。在貴石溝井四采區(qū)8406工作面采用掘進底抽巷以巖保煤方式治理瓦斯，該方法投資大，成本高，掘進底抽巷及鉆孔抽采導(dǎo)致工作面準備時間大幅延長，采用水力沖孔造穴等防突手段，與掘進工作存在互相干擾，也存在巷道單進水平大幅降低的情況。因此，亟需探索新的瓦斯治理方式解決工作面瓦斯問題。

小煤柱沿空掘巷方法，將工作面巷道布置在采動影響瓦斯卸壓區(qū)，理論上有利于巷道掘進期間瓦斯治理，同時工作面巷道避開應(yīng)力集中區(qū)，有利于巷道支護。為此，在8402孤島工作面回風(fēng)巷道試驗小煤柱沿空掘巷技術(shù)。

1 工程概況

8402工作面位于四采區(qū)，工作面東北部為采區(qū)大巷，西北部相鄰的8403工作面在2009年10月回采完畢，東南部相鄰的8401工作面2010年7月回采完畢，西南部為馬家莊村保護煤柱，該工作面為孤島工作面。根據(jù)《陽泉煤業(yè)(集團)有限責任公司五礦貴石溝井15號煤層突出危險性區(qū)域劃分》，8402工作面不在區(qū)劃報告范圍內(nèi)。

8402回風(fēng)巷道煤層平均厚度8.56 m，煤層傾角0～22°，平均11°，為近水平煤層。巷道標高+380～+440 m，埋深約580 m，煤層整體標高較低，埋深較高。煤層直接頂為10.45 m的黑色泥巖，老頂為7 m的中粒砂巖。相鄰的8401進風(fēng)巷道掘進期間煤層瓦斯含量較高，且曾出現(xiàn)瓦斯動力現(xiàn)象，單月進尺最高僅80 m，瓦斯?jié)舛容^高。

2 沿空掘巷方案的確定

根據(jù)巖體的極限平衡理論[1]，工作面回采后，臨近采空區(qū)的煤體會形成三個區(qū)域，破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)[2]。由于在破碎區(qū)和塑性區(qū)內(nèi)煤體受到一次采動影響，煤體受到破壞，煤層瓦斯得到釋放，瓦斯壓力降低，基本消除突出危險，因此，為減小掘進期間瓦斯涌出，減少采取進一步的消突措施對掘進的影響，可能的掘巷位置有2種：破碎區(qū)掘進、塑性區(qū)掘進。巷道在破碎區(qū)掘進，圍巖變形大、頂板離層、冒頂片幫較嚴重；巷道在塑性區(qū)掘進，圍巖變形較小，頂板離層、冒頂片幫等較在破碎區(qū)輕。因此，初步選擇在塑性區(qū)掘進。

運用巖體的極限平衡理論，采空區(qū)的塑性變形區(qū)寬度X0為：

式中：X0為塑性區(qū)的寬度，m；m為煤層的厚度，取8.56 m；A為側(cè)壓系數(shù)，取1.2；φ0為煤體的內(nèi)摩檫角，取30°；K為應(yīng)力集中系數(shù)，取1.2；γ為巖層的平均容重，取0.025 MN/m3；H為煤層埋深，取580 m；C0為煤層界面的黏結(jié)力，取3.4 MPa；Px為對煤幫得支護阻力，取0.3 MPa；經(jīng)計算，X0=11.86 m。由于巷道寬5 m，8402回風(fēng)巷道沿空掘巷的合理小煤柱為6.86 m，鄰近的寺家莊礦煤層地質(zhì)條件與本礦相似，參考寺家莊礦15106孤島工作面7 m煤柱沿空掘巷取得較好了效果，因此，根據(jù)工程類比的方法，確定五礦8402工作面的煤柱寬度為7 m。

3 工程應(yīng)用結(jié)果分析

3.1 瓦斯情況

目前，8402回風(fēng)巷道已掘進完畢，掘進期間未發(fā)生過瓦斯動力現(xiàn)象，且防突參數(shù)指標K1值在0.2～0.35之間，瓦斯含量W值在5.52～6.02 m3/t之間，因此，可推斷巷道基本在瓦斯卸壓帶。

3.2 礦壓觀測結(jié)果

對8402回風(fēng)巷巷道掘進期間的巷道變形進行觀測，兩幫平均移近量為0.8 m，頂?shù)装迤骄平繛?.94 m。掘進對巷道變形的影響約為100 m，其中0～60 m為劇烈變形階段，60～100 m為緩慢變形階段。

3.3 工程效益分析

五礦貴石溝井受瓦斯和動壓影響的工作面巷道掘進進尺水平較低,8402回風(fēng)巷道由于巷道在瓦斯卸壓帶內(nèi)掘進，防突工程量大幅減少，巷道單月掘進進尺最高達到140 m，基本與正常掘進工作面水平相當。

另外，8402回風(fēng)巷道布置方式由原設(shè)計20 m大煤柱，調(diào)整為7 m小煤柱，多回采了13 m煤柱資源，經(jīng)計算，多回收煤炭資源7.85萬t煤。

4 結(jié) 語

1) 五礦貴石溝井8402孤島工作面回風(fēng)巷道采用7 m小煤柱沿空掘巷技術(shù)，巷道布置在瓦斯卸壓帶，掘進期間未出現(xiàn)瓦斯突出現(xiàn)象，確保了掘進安全。

2) 巷道在瓦斯卸壓帶內(nèi)掘進，大幅減少了防突工程量， 提高了巷道掘進效率，減少了工作面準備時間，緩解了采掘銜接緊張局面。

3) 留設(shè)小煤柱開采，減少了煤炭資源的浪費，增加了資源回收率，提高了采區(qū)回采率。