塔山山4#層密集卸壓孔切頂卸壓小煤柱開采技術(shù)

尉永邦

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)有限公司，山西大同，037003）

0 引言

我國(guó)煤礦大多數(shù)采用留設(shè)煤柱的方式維護(hù)采區(qū)巷道，煤炭回收率低、采掘比高、大量的煤炭資源浪費(fèi)，煤柱損失量一般能占到全礦煤炭損總量的40%左右。此外，護(hù)巷煤柱在工作面回采后會(huì)形成較高的應(yīng)力集中，極易引發(fā)沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害，有時(shí)甚至還會(huì)誘發(fā)采空區(qū)煤炭自燃發(fā)火等現(xiàn)象[1-4]。

塔山三盤區(qū)山4#層8310 工作面采用的小煤柱孤島開采技術(shù)，針對(duì)深部開采復(fù)雜條件，通過(guò)密集孔卸壓，切斷頂板的應(yīng)力傳遞路徑，減少采空區(qū)側(cè)煤體受到回采動(dòng)壓的影響，保護(hù)巷道的完整性，實(shí)現(xiàn)小煤柱孤島開采開采。

1 背景資料

井下位置及四鄰采掘情況：工作面位于三盤區(qū)西翼。工作面北部為8309 工作面、已采空，南部為8311工作面、已采空，東部為三盤區(qū)西翼盤區(qū)巷，西部隔40 m煤柱與挖金灣井田山4#層8201工作面相鄰。工作面對(duì)應(yīng)上覆煤層為挖金灣井田侏羅系8#、9#、11-2、14-3層404 盤區(qū)采空區(qū)，于1974 年～1983 年倉(cāng)房式與長(zhǎng)臂式方法采空。

2 密集卸壓孔切頂卸壓

為適應(yīng)工作面小煤柱開采，需要在工作面巷道巷及切巷打孔卸壓，以便在工作面采煤時(shí)，頂板垮落及時(shí)，減小采空區(qū)懸臂梁跨度，具體施工內(nèi)容如下。

2.1 密集卸壓孔布置及施工

（1）設(shè)計(jì)施工2310巷及5310巷卸壓孔：

2310 巷與5310 巷分別距8310 切巷工作面幫15 m、45 m、200 m、220 m、240 m、260 m 處垂直巷道各施工六排卸壓孔，六排卸壓孔布置方式相同。

2310巷與5310巷分別距煤柱側(cè)0.3 m處沿著巷道施工一排卸壓孔，共計(jì)826 m、836 m（從切巷工作面幫到停采線）。見圖1～3。卸壓孔間距：2310 巷與5310巷垂直巷道施工的卸壓孔，間距為0.25 m；2310、5310巷沿著巷道煤柱側(cè)施工的卸壓孔，間距為0.2 m，2310巷與5310巷卸壓孔深度為8 m，直徑為30 mm。

（2）施工8310工作面切巷古塘側(cè)卸壓孔

施工位置：8310工作面切巷采空側(cè)頂板距采空幫0.3 m處施工一排卸壓孔見圖4。卸壓孔間距為0.3 m，鉆孔方向大于88°，8310 工作面切巷卸壓孔深度為8 m，直徑為30 mm。

圖1 8310工作面順槽卸壓孔位置示意圖

圖2 2310巷卸壓孔斷面圖

圖3 5310巷卸壓孔斷面圖

圖4 8310工作面切眼卸壓孔斷面圖

2.2密集卸壓孔施工設(shè)備

（1）施工工具：打眼采用MQT-130/3.0型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)鉆孔。

（2）采用MQT-130/3.0型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)打眼時(shí)，一人操作鉆具，兩人接換桿，用1 m桿鉆夠深度后，再加1根桿，如此循環(huán)，當(dāng)眼深打夠后逐節(jié)退桿，進(jìn)行下一個(gè)卸壓孔的施工。

采用類比法根據(jù)地質(zhì)說(shuō)明書的鉆孔柱狀資料分析以及鄰近巷道的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確定巷道采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

2.2 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

由于考慮到工作面兩側(cè)保護(hù)煤柱回采期間煤柱幫位移變形（巷寬變形量為0.6 m～0.8 m），進(jìn)行巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：

（1）山4#8310工作面為孤島工作面，為保證工作面兩順槽支護(hù)強(qiáng)度，減少巷道圍巖變形，設(shè)計(jì)在2310、5310巷進(jìn)行支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)。

（2）在原有支護(hù)基礎(chǔ)上，在巷道正中每隔3 m施工一根單錨索。

（3）施工范圍：2310 巷從8310 工作面開切眼開始到8310 停采線停采線位置（836 m）；5310 巷從開切眼開始到采位520 m。

（4）錨索規(guī)格：L=9 000 mm；φ 21.8 mm；間距3 000 mm

根據(jù)原三機(jī)配套設(shè)計(jì)，膠帶輸送機(jī)穩(wěn)裝靠保護(hù)煤柱側(cè)，為保障工作面安全作業(yè)寬度，現(xiàn)穩(wěn)裝在工作面煤壁側(cè)，后期配套瓦斯抽放管路。

3 圍巖控制方法

（1）優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)，確保支護(hù)合理可靠。嚴(yán)格貫徹“一面一策、分段式支護(hù)、特殊地點(diǎn)特殊支護(hù)”的原則，在巷道掘進(jìn)中施工頂板窺視孔，使用CXK12 窺視儀進(jìn)行窺視分析頂板巖性，根據(jù)頂板巖性情況及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，為有效支護(hù)提供可靠保障。

（2）及時(shí)支護(hù)，確保支護(hù)質(zhì)量。小煤柱巷道臨空掘進(jìn)，為防止巷道炸幫現(xiàn)象，嚴(yán)格執(zhí)行“一掘一支”制度，保證迎頭支護(hù)安全可靠，頂幫支護(hù)緊跟工作面，同時(shí)要保證支護(hù)質(zhì)量達(dá)到錨桿（索）設(shè)計(jì)錨固力及預(yù)緊力，嚴(yán)禁超控頂作業(yè)。

（3）在巷道煤柱側(cè)支設(shè)一排信號(hào)柱，宏觀觀測(cè)頂板壓力變化。在臨空掘進(jìn)過(guò)程中煤柱側(cè)每10 m支設(shè)1根信號(hào)柱，若信號(hào)柱有變化，進(jìn)行分析制定方案采取措施。

4 數(shù)據(jù)分析

在小煤柱掘進(jìn)期間，巷道安設(shè)頂板離層儀、錨桿錨索測(cè)力計(jì)和布置十字測(cè)點(diǎn)等方法，通過(guò)巷道監(jiān)測(cè)儀器及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況，分析小煤柱巷道頂板圍巖應(yīng)力變化規(guī)律。具體如下：

（1）頂板離層儀數(shù)據(jù)

巷道頂板的中部安裝YHW300 頂板離層儀，在特殊地段增設(shè)頂板離層儀，一般頂板離層儀的淺基點(diǎn)固定在錨桿端部位置，深基點(diǎn)固定在錨索上方穩(wěn)定巖層內(nèi)300 mm～500 mm處，若無(wú)穩(wěn)定巖層，深基點(diǎn)固定在頂板中的深度應(yīng)不小于巷道跨度的1.5倍。

在掘進(jìn)小煤柱巷道時(shí)，通過(guò)對(duì)頂板離層儀數(shù)據(jù)觀察分析，臨空掘進(jìn)巷道觀測(cè)范圍內(nèi)未出現(xiàn)離層現(xiàn)象。

（2）錨桿（索）測(cè)力計(jì)圍巖數(shù)據(jù)

為監(jiān)測(cè)小煤柱巷道頂板錨桿（索）支護(hù)受力監(jiān)測(cè)變化情況，要求巷道每50 m 安設(shè)一組錨桿（索）測(cè)力計(jì)（錨桿和錨索交替安裝），距掘進(jìn)工作面50 m 以內(nèi)，每天至少觀測(cè)一次，其它情況每周至少觀測(cè)一次，觀測(cè)數(shù)據(jù)要詳細(xì)記錄并及時(shí)分析，取5310巷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表。

表1 5310巷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

巷道540 m 處為斷層，從表中可以看出監(jiān)測(cè)到斷層位置明顯有圍巖應(yīng)力，所以要加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造地點(diǎn)支護(hù)，整體可以看出巷道無(wú)變形。

（3）十字測(cè)點(diǎn)布置數(shù)據(jù)

巷道表面位移采用十字測(cè)點(diǎn)法安設(shè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站至少安設(shè)兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)斷面之間的距離不大于兩排錨桿間距，基點(diǎn)安設(shè)牢固，觀測(cè)點(diǎn)每旬觀測(cè)一次，并做好記錄。取5310巷表面位移數(shù)據(jù)見下表。

表2 5310巷表面位移數(shù)據(jù)

從表中可以看出，小煤柱沿空掘進(jìn)巷道變化量小，在可控范圍內(nèi)，實(shí)際掘巷過(guò)程中巷道局部出現(xiàn)炸幫現(xiàn)象，其它均無(wú)變化。

5 應(yīng)用效果

深入研究小煤柱開采技術(shù)，進(jìn)行小煤柱孤島工作面回采，可以有效緩解采掘銜接緊張局面，最大限度實(shí)現(xiàn)盤區(qū)內(nèi)工作面跳采及煤炭資源的回收率，煤炭資源回收率提高10%，多回收煤炭資源9.1萬(wàn)t。

6 結(jié)論

（1）密集卸壓孔切頂卸壓可有效緩解工作面回采期間頂板壓力，既隔離了采空區(qū)，又保證了巷道的完整性。

（2）頂板切頂后礦壓釋放，避免了大面積頂板垮落的安全隱患。

（3）6 m 小煤柱孤島工作面兩順槽巷道掘進(jìn)期間巷道礦壓變化不大，預(yù)計(jì)回采期間巷道壓力增大約10%，工作面內(nèi)壓力增大約15%～20%。從根本上解決大煤柱開采帶來(lái)的強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)問題，確保安全生產(chǎn)，進(jìn)一步提高資源回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限。