復雜地質條件中厚煤層煤柱回采施工技術研究與應用

文/趙尚忠

（作者系冀中能源峰峰集團邯鄲市孫莊采礦有限公司董事長、經理，孫莊礦社區管理處處長）

邯鄲市孫莊采礦有限公司是一座衰老礦井，近兩年來主要靠回收煤柱維持礦井產量，中厚煤層煤柱產量占到礦井產量60%。孫莊礦井地質條件復雜，斷層裂隙發育，煤層局部傾角大（最大傾角達40°），在回收中厚煤層煤柱時施工期間遇到的問題比較多，施工難度大，對安全構成了嚴重威脅，通過對六采區6·2煤柱回采，為衰老礦井在復雜地質條件下中厚煤柱安全回采積累了實踐經驗。

一、工作面情況簡介

6·2煤柱工作面位于井田南翼，西部為村莊保護煤柱，北部、東部和南部為本礦采空區，傾角大（16°～40°）平均傾角 25°；煤柱內裂隙發育，本工作面水平面積117600m2，煤層平均厚度2.9m，容重1.35t/m3，回收率93%。工業儲量42.2萬噸，可采儲量39.2萬噸。煤層直接頂板為3.6m左右厚度的黑灰色砂質頁巖，其上為6.24m左右的砂巖，構成老頂。直接底板為2.0m左右的砂質頁巖，其下為13.0m的砂巖及砂頁巖互層。頂底板巖石節理均較發育，直接頂極易垮落。6·2下山煤柱工作面對生產影響較大的1.5m以上斷層有9條，其中大于5m的斷層有2條，還有許多1.5m以下小斷層凌亂的分布在工作面內，造成煤層頂板裂隙發育，完整性差頂板易垮落。

二、主要問題研究及方案設計

1.工作面頂板易垮落，造成工作面頂板支護困難

造成工作面頂板易垮落的原因是煤層直接頂是砂頁巖或煤巖互層強度小、易碎、遇水極易溶解等，工作面管理不到位極易發生工作面流碎砟或流稀泥現象，發生冒頂時直接頂大面積垮落后其上面砂巖也極易垮落，同時直接頂上面砂巖遇水后也軟化易碎，冒頂高度可達10m以上，對生產構成了嚴重威脅。

由于上述情況的存在，對工作面頂板管理提出了嚴格的要求。嚴格正規操作按規程施工，控制循環進尺，嚴禁工作面空頂作業，爆破后及時先支護頂板，特別是在局部頂板有淋水的情況下，為防止直接頂遇水溶解后直接下流造成工作面空頂，回采時工作面要摸夾矸回采和采取超前打錨桿維護好頂板，杜絕直接揭露直接頂；根據實際嚴格控制一次爆破長度，一般情況下頂板破碎處一次爆破不超過3m，爆破后及時支護頂板。如果煤壁片幫不嚴重只是頂板流砟嚴重時采用鎬刨作業方式，先刨梁窩支護好頂板，然后采用爆破作業；如果煤壁易片幫且頂板流砟嚴重時采取全部鎬刨落煤作業。加強技術管理和抓好現場管理工作，抓好安全隱患排查工作，一旦出現煤壁片幫或頂板流砟情況，及時組織人員針對上述情況分析研究和制定嚴格的措施并嚴格按措施施工，把事故消滅在萌芽狀態，杜絕頂板事故發生。

2.工作面范圍內斷層多，嚴重影響工作面回采

在6·2下山煤柱工作面中有2個斷層落差大于5m，斷層為正斷層沿工作面走向布置，且2個斷層均增大了工作面俯采角度，影響了回采。

在回收煤柱時由上所述采用工作面沿走向布置，沿傾向開采，根據該煤柱實際揭露資料，在工作面中部有2個斷層落差大于5m，斷層方向和煤層走向方向基本一致，在工作面溜子道和運料巷均揭露這2條斷層，2個斷層將工作面分成三部分。

根據目前孫莊礦回采技術，強制過這2個斷層存在困難，一是過斷層頂板破碎，同時2條斷層均加大了工作面俯采角度，局部俯采角度將達到40°以上，極易發生頂板事故；二是過斷層期間局部為全巖嚴重影響施工；三是由于斷層落差大，過斷層時間長，過斷層期間出砟多，嚴重影響煤質，影響礦井整體效益。

上述因素的存在，對安全、生產和礦井效益均構成了威脅，為盡可能多回收煤炭資源，采用提前掘巷道時在上塊煤斷層下盤距斷層水平距離3m處為見煤點，同時在斷層上盤沿斷層走向掘改造切眼。通過合理設計改造巷，只改造斷層落差大于5m處，落差小于5m處采取制定措施施工，如工作面通過的第一條斷層在靠工作面機頭處40m范圍內落差為3.5m，則機頭附近40m范圍內不改造，制定特殊措施施工等。通過采取上述措施保證了安全生產，減輕了過斷層時工人勞動強度，少出矸石，多出優質原煤，提高煤質，提高了礦井經濟效益。

3.回采工作面俯采，采空區容易涌砟，采空區側管理難度大

由于采用俯采作業，且局部俯采角度達到30°，在工作面采空區側采用液壓點柱配塑料網和板皮支護頂板和采空區，采空區矸石在重力作用下涌向工作面方向，被液壓點柱配塑料網和板皮擋住，如果點柱漏液、點柱不迎山、板皮折或塑料網破裂，均有可能矸石涌向工作面造成事故，特別是在傾角達到30°時工作面爆破期間，這種情況更為嚴重。

針對上述情況，加大采空區側支護強度，如在采空區側加打戧棚戧柱、使用雙層塑料網、加大采空區側板皮密度及加強二次注液和必要時召開專題研討會等，有效控制了采空區涌砟，實現了安全生產。

4.在小巷運輸方面，采取措施，保證安全生產

（1）制作特制簡易罐，簡易罐高度和寬度分別為0.9m、0.8m，都比礦標準1.5t罐規格小，罐的前進方向敞開（在罐的頂部有一根ф20鋼筋將罐的兩幫固定），罐的體積小，重量輕，方便運輸，嚴格執行“開車不行人，行人不開車”規定。

（2）將行人與刮板輸送機運煤系統分開，上山段刮板輸送機采用封閉式管理；在運輸巷輸送機對面每間隔30m掘一個躲避硐，規格2.0m×1.8m×2.5m，開輸送機期間人員可到躲避硐內。

5.在回收該類型煤柱時，由于地質條件復雜，應適度減輕工人的勞動強度

由于采用炮采工藝，工作面推下山，且煤層傾角為16°～40°，因此工作面推下山時應適當調整工作面與煤層走向夾角，控制工作面俯采角度在16°～30°之間，工作面俯采平均角度盡可能控制在20°左右，工作面每向前推進1m，工作面就下降270mm～500mm，平均下降350mm。

從上述條件可以看出，該工作面工人勞動強度大，有些工序還比較落后，因此必須盡可能設計好爆破參數，盡可能減少工人勞動強度。在打眼時底眼距底板300mm，根據煤層傾角情況下俯采角度-18°～-32°，腰眼和頂眼與工作面推下山方向平行，保證爆破后頂板基本不用找頂即可掛梁，同時工作面底部煤爆破效果良好，并強調正規操作，抓好現場管理，合理組織生產，及時根據情況調整施工中存在的問題，保證爆破后2/3煤炭直接裝入工作面輸送機，減輕工人勞動強度。

三、結論

通過采取上述方案和措施，有效解決了頂板流砟、過斷層、老空側涌砟、小巷運輸等影響安全生產問題，同時減輕了工人勞動強度，保證了安全生產，盡可能多回收了煤炭資源，為類似條件下煤柱回收積累了實踐經驗。