巷道負煤柱施工防沖技術應用

徐志強

（鶴崗礦業集團公司興安煤礦,黑龍江 鶴崗 154102）

興安煤礦17層煤頂板和煤層具有強沖擊傾向性，三水平北17層三四區一段頂分層在掘送巷道的過程中掘進時共發生5次沖擊地壓，其中2次沖擊地壓造成工作面停產。三水平北17層三四區二段工作面為興安煤礦綜采一隊接續工作面，由5101掘進隊、5202掘進隊掘送，保證掘送巷道期間人員與延米達到安全高效的目的。在準備掘送三水平北17層三四區二段巷道時，根據開采條件方面對比，掘送賦存更深的二段時沖擊危險更為嚴重。從優化巷道布局入手，采用負煤柱布置回風道，即把二段回風道布置在一段頂分層機道下掘送，使回風道處在免壓區內，從根本上治理沖擊地壓。

1 概況

工作面位于三水平北17層三四區二段，上至回風道（標高-307.2～ -319.9m），下至機道（標高-401.6～ -415.6m），北起切眼位置，南至設計停采線。走向長1080m，傾斜平均長176m，平均煤厚為11.3m。上覆北11層工作面已開采完畢，下覆21層未開采，區內勘探鉆孔未測斜。與上覆11層間距117～191m，下覆21層間距95～126m。

從鉆孔實際描述以及掘送巷道實際情況看，煤層夾矸為4～6層0.22～0.95m的粉砂巖及炭頁巖，走向185～195°、傾角28～36°，煤層結構較簡單。煤層硬度0.31～0.71，煤層層理、節理發育。煤層偽頂為0.2～3.33m炭頁巖,直接頂為5.2～14.9m的灰色粉砂巖,以石英、長石為主，含炭屑，膠結堅硬，層理明顯。基本頂為12～55.15m的中粗砂巖,分選差，夾細砂巖薄層，局部少量炭質，巖石類別為Ⅲ，為中等穩定頂板。底板為4.5～5.5m的凝灰質粉砂巖，巖石類別為Ⅱ。

2 工作面鄰區鄰層情況

（1）鄰區：本區域回風道在采空區內施工，北側以F1號斷層下盤為界，南側以L1號斷層下盤為界，現南北西側無其他工作面。

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

風道開門點向北463m為一水平北三四區3層三段停采線；風道開門點向北663m至風道開門點向北687m為一水平北三四區3層三段遺留煤柱；風道開門點向北392m為二水平北三四區9層一段停采線；風道開門點向北888m為二水平北三四區9層一段停采線；機道開門點向北325m為二水平北三四區3層一段停采線；機道開門點向北970m至開門點向北1145m為二水平北三四區3層一段煤柱。

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

圖1 二段底分層與一段采掘工程關系對照圖

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評價

（1）根據煤層測定數據結果表明17層煤層為強沖擊傾向性。

（2）根據巖層測定結果表明17層煤層為強沖擊傾向性。

（3）根據自然地質條件定性因素分析：

由開采區域內構造引起的應力增量與正常應力之比γ按下式進行計算：

γ=（σg-σ）/σ=(33.42-21.16)/21.16=0.579

式中：

σg-增高的應力；

σ-正常應力。

當γ大于30%時，開采區域內構造引起的應力增量與正常應力之比的系數取3。

自然地質條件因素對沖擊地壓危險狀態的影響程度及沖擊地壓危險狀態等級評定的指數Wt1按下式進行計算：

式中：

Wt1-沖擊地壓危險指數；

Wimax-每i個自然地質條件因素中的最大指數值；

Wi-采掘工作面周圍第i個自然地質條件因素的實際指數；

n-自然地質條件因素數目。

此時沖擊危險指數Wt1=17/21=0.81。故此工作面為強沖擊危險。

（4）通過開采技術條件定性因素分析：

采掘工作面周圍開采技術條件對沖擊地壓危險狀態的影響程度及沖擊地壓危險狀態等級評定的指數Wt2按下式進行計算：

式中：

Wt2-沖擊地壓危險指數；

Wimax-每i個開采技術因素中的最大指數值；

Wi-采掘工作面周圍第i個開采技術因素的實際指數；

n2-開采技術條件因素數目。

Wt2=（13）/33=0.39。故此工作面為弱沖擊危險。綜合以上結論分析：三水平北17層三四區二段工作面為強沖擊危險。

4 施工方案

根據工作面沖擊危險程度和三水平北17層三四區一段頂分層開采實際情況，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煤柱一次采全高進行開采，能夠最大限度減輕沖擊危險；

（2）從通風角度考慮認為小煤柱或負煤柱開采對防火極為不利，現有手段不能保證防火安全開采；

（3）從生產角度分析認為綜采放頂煤回采率較低，煤炭損失量較多。

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

綜合以上思路,為了將三水平北17層三四區二段風道設計在防沖預留免壓帶內，同時為防火預留足夠煤柱，研究決定三水平北17層三四區二段風道與三水平北17層三四區一段底分層機道留4～5m煤柱，三水平北17層三四區二段風道內錯三水平北17層三四區一段頂分層機道9m，實現負煤柱掘進，保證三水平北17層三四區二段風道處在免壓區，使風道由強沖擊危險變為無沖擊危險。如圖3所示。

圖3 風道層間關系剖面示意圖

5 效果分析

5.1 經濟價值

三水平北17層三四區二段風道負煤柱掘送，使該巷道由原來評價的強沖擊危險變為無沖擊危險，與三水平北17層三四區一段頂分層風道掘送巷道時對比，在掘送三水平北17層三四區二段風道時可以不施工卸壓鉆孔，按正常施工卸壓鉆孔工作量計算，共計節約1556個卸壓鉆孔，節約施工鉆孔延米38900m，按現階段鉆孔施工成本計算，預計可節約成本387萬元。另外施工鉆孔時用150T鉆機或300T鉆機施工，預計可節約鉆機配件消耗以及113mm孔徑鉆頭消耗8萬元。節省了材料的消耗，也節省了人工費用，無沖擊的情況下，掘進巷道成巷后，巷道的壓力顯現不明顯、巷道的變形量幾乎沒有，大大地降低了巷道二次恢復所造成的材料消耗及人力工時的消耗，這也正符合集團公司提倡的節支降成的宗旨，提高了企業的經濟效益。

5.2 安全價值

大幅度提高了巷道掘進速度，縮短了施工工期，提高了生產效率。三水平北17層三四區二段風道進行負煤柱掘進施工時，回風道掘進時能夠實現高速安全掘進，最大限度地杜絕了沖擊地壓的發生機率。回風道實現了大斷面掘進機月掘進380m，保證了礦井的正常接續穩定發展。