塔山山4#層密集卸壓孔切頂卸壓小煤柱開采技術

尉永邦

（大同煤礦集團雁崖煤業有限公司，山西大同，037003）

0 引言

我國煤礦大多數采用留設煤柱的方式維護采區巷道，煤炭回收率低、采掘比高、大量的煤炭資源浪費，煤柱損失量一般能占到全礦煤炭損總量的40%左右。此外，護巷煤柱在工作面回采后會形成較高的應力集中，極易引發沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災害，有時甚至還會誘發采空區煤炭自燃發火等現象[1-4]。

塔山三盤區山4#層8310 工作面采用的小煤柱孤島開采技術，針對深部開采復雜條件，通過密集孔卸壓，切斷頂板的應力傳遞路徑，減少采空區側煤體受到回采動壓的影響，保護巷道的完整性，實現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，東部為三盤區西翼盤區巷，西部隔40 m煤柱與挖金灣井田山4#層8201工作面相鄰。工作面對應上覆煤層為挖金灣井田侏羅系8#、9#、11-2、14-3層404 盤區采空區，于1974 年～1983 年倉房式與長臂式方法采空。

2 密集卸壓孔切頂卸壓

為適應工作面小煤柱開采，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，頂板垮落及時，減小采空區懸臂梁跨度，具體施工內容如下。

2.1 密集卸壓孔布置及施工

（1）設計施工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0.3 m處沿著巷道施工一排卸壓孔，共計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工作面切巷古塘側卸壓孔

施工位置：8310工作面切巷采空側頂板距采空幫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密集卸壓孔施工設備

（1）施工工具：打眼采用MQT-130/3.0型氣動錨桿鉆機鉆孔。

（2）采用MQT-130/3.0型氣動錨桿鉆機打眼時，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，當眼深打夠后逐節退桿，進行下一個卸壓孔的施工。

采用類比法根據地質說明書的鉆孔柱狀資料分析以及鄰近巷道的支護經驗，確定巷道采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網聯合支護。

2.2 補強支護

由于考慮到工作面兩側保護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），進行巷道補強支護：

（1）山4#8310工作面為孤島工作面，為保證工作面兩順槽支護強度，減少巷道圍巖變形，設計在2310、5310巷進行支護補強。

（2）在原有支護基礎上，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）錨索規格：L=9 000 mm；φ 21.8 mm；間距3 000 mm

根據原三機配套設計，膠帶輸送機穩裝靠保護煤柱側，為保障工作面安全作業寬度，現穩裝在工作面煤壁側，后期配套瓦斯抽放管路。

3 圍巖控制方法

（1）優化巷道支護參數，確保支護合理可靠。嚴格貫徹“一面一策、分段式支護、特殊地點特殊支護”的原則，在巷道掘進中施工頂板窺視孔，使用CXK12 窺視儀進行窺視分析頂板巖性，根據頂板巖性情況及時調整支護參數，為有效支護提供可靠保障。

（2）及時支護，確保支護質量。小煤柱巷道臨空掘進，為防止巷道炸幫現象，嚴格執行“一掘一支”制度，保證迎頭支護安全可靠，頂幫支護緊跟工作面，同時要保證支護質量達到錨桿（索）設計錨固力及預緊力，嚴禁超控頂作業。

（3）在巷道煤柱側支設一排信號柱，宏觀觀測頂板壓力變化。在臨空掘進過程中煤柱側每10 m支設1根信號柱，若信號柱有變化，進行分析制定方案采取措施。

4 數據分析

在小煤柱掘進期間，巷道安設頂板離層儀、錨桿錨索測力計和布置十字測點等方法，通過巷道監測儀器及實測數據變化情況，分析小煤柱巷道頂板圍巖應力變化規律。具體如下：

（1）頂板離層儀數據

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

在掘進小煤柱巷道時，通過對頂板離層儀數據觀察分析，臨空掘進巷道觀測范圍內未出現離層現象。

（2）錨桿（索）測力計圍巖數據

為監測小煤柱巷道頂板錨桿（索）支護受力監測變化情況，要求巷道每50 m 安設一組錨桿（索）測力計（錨桿和錨索交替安裝），距掘進工作面50 m 以內，每天至少觀測一次，其它情況每周至少觀測一次，觀測數據要詳細記錄并及時分析，取5310巷監測數據見表。

表1 5310巷監測數據

巷道540 m 處為斷層，從表中可以看出監測到斷層位置明顯有圍巖應力，所以要加強地質構造地點支護，整體可以看出巷道無變形。

（3）十字測點布置數據

巷道表面位移采用十字測點法安設測站，每個測站至少安設兩個監測斷面，監測斷面之間的距離不大于兩排錨桿間距，基點安設牢固，觀測點每旬觀測一次，并做好記錄。取5310巷表面位移數據見下表。

表2 5310巷表面位移數據

從表中可以看出，小煤柱沿空掘進巷道變化量小，在可控范圍內，實際掘巷過程中巷道局部出現炸幫現象，其它均無變化。

5 應用效果

深入研究小煤柱開采技術，進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，最大限度實現盤區內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t。

6 結論

（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，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期間巷道礦壓變化不大，預計回采期間巷道壓力增大約10%，工作面內壓力增大約15%～20%。從根本上解決大煤柱開采帶來的強礦壓顯現問題，確保安全生產，進一步提高資源回收率，延長礦井服務年限。