復雜條件下孤島煤柱工作面煤層回采工藝技術研究與應用

閆軍輝 張曉飛

（平頂山天安煤業股份有限公司一礦，河南 平頂山467000）

1 概述

該綜采工作面位于平頂山天安煤業股份有限公司一礦二水平戊二大巷, 東起二水平戊一沿煤軌道下山；西至二水平戊二瓦斯專用巷和戊二軌道下山；南鄰戊8-21141 采空區；北接戊8-21160 采空區；屬孤島煤柱工作面。采面機巷上部覆有庚20-31060 采面，兩工作面形成壓茬關系，受上部采面回采動壓影響，戊二大巷煤柱采面機巷礦壓顯現明顯；采面本煤層有戊二集中運輸巷老巷貫穿采面，下部有戊-21141 機巷老巷；回采期間，由于受落差H=7.5m 的27#斷層影響，兩巷壓力大，礦壓顯現明顯，瓦斯涌出量增大，管理十分困難，如何采取切實有效措施加強頂板管理、瓦斯管理、設備管理、工藝管理等方面的技術研究將該段煤柱采出且創水平，對于緩解老礦井接替緊張局面，提高煤炭資源回收率達到精采細收，有非常重要的意義，為今后復雜條件下孤島煤柱工作面回采奠定堅實的基礎。

2 復雜條件下孤島煤柱工作面煤層回采工藝技術研究

2.1“孤島”煤柱工作面的礦壓分析和控制

該“孤島”煤柱工作面受上部采面回采動壓影響，機巷礦壓顯現明顯，巷幫及頂底板移動量大于20mm/天，巷道支護形式先后由錨網梁維修為梯形棚，后由梯形棚維修為U 型鋼拱形棚，并持續進行加強支護、維修棚子、拉底、擴幫等工作，最終保證了安全生產。

2.2 采面過斷層的方案制定和實施

二水平戊二大巷煤柱采面采長235m，采高2.2m，布置157組ZY4000-12/25 型液壓支架。回采過程中過27#斷層，該斷層為正斷層，落差H=7.5m，走向28°，傾向298°，傾角為30-60°，走向影響68.6m，傾向影響147.3 米。從斷層在風巷揭露情況、采面柱狀分析和地測科提供的斷層預想剖面分析，戊8 煤層頂板和斷層影響區為泥巖和砂質泥巖。該斷層由風巷暴露，逐漸向機頭方向延伸，對回采有嚴重影響。

2.2.1 過斷層方案的選擇

方案一：搬家跳眼，對斷層影響的采面后半段進行搬家跳眼，按刀把對接進行管理。根據地測部門提供的斷層發育情況，通過理論分析結合由機巷向采面做補切眼探測斷層的方式確定采面后半段搬家跳眼的準確位置。補切眼位置的確定：在采面斷層落差變小為H=1m 的位置，兼顧探測薄煤帶及33#、36#斷層，結合風機兩巷頂板狀況，確定在機巷向風巷做補切眼。

后半段跳眼位置確定：補切眼掘進至與斷層交匯處開始向采面斷層方向打眼探測，邊掘邊探，當探測斷層落差在H=3m 時，由補切眼沿走向向采面回采切眼做聯絡巷，聯絡巷與采面切眼交叉點即為后半段跳眼位置。

方案二：硬過27#（H=7.5m）斷層。

根據補切眼探斷層情況決定是否硬過斷層，若探得斷層在落差H=3m 的位置對采面影響傾向小于60 架，采取硬過方案。

2.2.2 實施情況

（1）補切眼施工情況。在補切眼實際掘進過程中，在推斷與斷層交匯處未見斷層，繼續邊掘邊探，掘進了110m，在110m 處水平方向向采面回采切眼打眼，共打了3 個眼：以0°打眼20m 深，全煤未見巖石；以30°打眼20m 深，全煤未見巖石；以50°打眼30m 深，全煤未見巖石。根據打鉆情況，在預想斷層落差H=3m 的位置并未見斷層，地測部門根據打鉆情況推斷斷層實際落差H=3m 的位置更靠近機尾方向，斷層在采面的影響范圍更小，因此，為了盡可能多回采煤炭資源，最終方案確定為硬過27#斷層。

（2）硬過27#斷層技術措施。斷層方案確定后，根據斷層在風巷揭露情況，結合預想剖面，需提前采取以下措施：

a.風巷“高墻”處提前剎頂。施工方法：剎頂段支護采用單體柱配合鐵道、工字鋼、圓木、大板等架設木垛支護。將鐵道穿入巷幫，靠兩幫各打一根柱子并使用鐵絲將鐵道與柱子連鎖，棚間距2.3-2.5m 在順山鐵道棚子之間夾套2-3 棚圓木棚子（圓木長度不夠時，可將兩根圓木對接使用）。在所架好的順山棚子上用圓木或大板擺“井”字型木垛，第一層圓木用鐵絲與順山鐵道連鎖，以后擺放的木垛（用抓釘抓牢或者鐵絲拴牢）層層相互連鎖，擺放到距離頂板0.2 米左右時，用穿楔或板皮背頂，保證頂板背實。如采用雙排走向平行木垛時，兩個并排木垛之間必須用2-3 根圓木連鎖。然后再升緊單體柱使物料與頂板接觸嚴實（圖1）。

圖1 剎頂段支護示意圖

b.斷層影響段提前漂溜子。27#斷層為正斷層，由采面風巷暴露，向機頭方向移動、延伸。根據制定的漂溜子措施，采面推進距斷層面20m 時，從第120 架至機尾157 架按每刀煤上漂150mm開始漂溜。采面機尾揭露斷層面，溜子自漂溜開始共計漂了5m。隨采面推進，根據斷層面發展情況逐步向機頭方向漂溜，斷層過渡段按20-35 架控制，直至采面全部沿戊8 煤層回采。

c.提前注固安特加固頂板。采面進入斷層面前，在斷層面附近，距底板2m，間距3m 布孔，提前注固安特，前后共計注固安特10t，加固斷層面頂板。采面進入注固安特區域后，在機尾以下第145 架處見到固結漿塊，由于形成了固結頂板，較為穩定，煤機截割期間未發生掉頂、片幫情況，起到了很好的加固效果。

d.加強采面頂板管理。采面進入斷層前，提前壓網，進入斷層后，超前架管理頂板，頂板破碎段以及托頂煤處上雙網，并上走向工字鋼或圓木挑圓木或者大板維護頂板，且頂板維護段隨斷層發展向機頭延伸。為保證煤質，嚴格控制采高在2.1 米左右。

2.2.3 吸取教訓及亮點

（1）吸取教訓。風巷在掘進期間，27#斷層處做成了“高墻”，落差3.6-4m，給回采帶來了困難，增加了剎頂工程量。在以后掘進期間，遇到較大斷層，要避免出現“高墻”，為以后回采提供良好條件。機尾漂溜過程中，由于風巷提前剎頂時將一部分戊8 煤剎在頂板上，未根據采面漂溜需要剎成抹坡，限制了機尾段漂溜幅度。采面過斷層期間漂溜幅度無法準確掌握，整個漂溜過程中，只能以戊8 煤頂板上間距5m 左右的一層白砂巖為基準參照，漂溜后沿戊8 煤的白砂巖頂板回采，以此來判定漂溜幅度為5m。風巷斷層面提前注固安特層位過低，應根據漂溜后頂板的層位進行布孔，形成穩定固結頂板。

（2）亮點。在安全管理方面：過斷層以及放炮期間，在頂板管理以及放炮管理、瓦斯管理方面，未出現頂板以及瓦斯事故，保證了安全順利過斷層。

2.3 采面過老巷的分析研究

采面切眼靠近機頭側有一條戊二集中運輸巷；在采面中后部分有一條戊二總回風巷，戊二總回風巷位于采面中部下方，該巷道頂板沿戊9 煤層，與采面戊8 煤層底板間距1.2-2.3m；采面靠近機尾處回采22.6m 左右透戊8-21141 機巷老巷；回采111.2m 左右機尾處將過戊8-21141 廢切眼；老巷對回采產生一定影響（圖2）。

2.3.1 老巷概況：

戊二集中運輸巷老巷在采面機頭處暴露，與采面在同一層位，平行于機巷，沿走向直至采面結束。戊二總回風巷老巷位于采面中部下方，該巷道頂板沿戊9 煤層，與采面戊8 煤層底板間距1.2-2.3m，隨采面的推進將與風巷貫通，預計走向影響590m 左右。戊8-21141 機巷老巷在采面中后部，預計采面回采22. 6m 時將與采面貫通，最終將與風巷貫通。預計走向影響320m 左右。采面回采111.2m 左右機尾處將過戊8-21141 廢切眼，預計傾向影響30m 左右。

圖2 老巷位置平、剖面示意圖

2.3.2 技術要求：

（1）過老巷前，老巷影響段前后5m 范圍內必須上網，隨著老巷推進及時聯網，聯網期間加強聯網質量管理。頂板破碎處聯雙網及上大板維護頂板。

（2）過老巷期間，各班開工前必須提前備足頂板維護物料、備齊工具，否則不得生產。采面過老巷處，易發生片幫、掉頂，應及時拉超前架，杜絕采面大面積片幫造成冒頂事故。

（3）過戊二集中巷老巷和戊8-21141 機巷老巷期間，若空頂面積較大時，可采用打順山托棚支護頂板，圓木或工字鋼做梁，單體柱做腿，一梁三柱，若梁的一端搭在支架上則可采用一梁二柱。

（4）過戊二集中巷老巷和戊8-21141 機巷老巷期間，若老巷暴露出工字鋼、鐵道或圓木腿，必須先回后過。采用千斤頂或手動葫蘆把工字鋼、鐵道或圓木等拽出。千斤頂一端固定在支架可靠位置，一端用鏈條拴住工字鋼或圓木，并用楔子或板皮背緊。油管接在相鄰支架上，拴鏈人員確認拴牢并躲在安全地點后發出操作指令，操作千斤頂人員躲在支架立柱后進行操作。

（5）過戊8-21141 機巷老巷前必須先探明老巷的位置，以及有毒有害氣體，發現異常時及時匯報、處理。過老巷期間，加強瓦斯、CO 等有害氣體的檢查，發現異常時及時匯報、處理。

（6）嚴格控制采高，及時拔、縮加長桿，防止支架超高或死架。老巷處掛牌管理，牌板位置的變化隨著老巷而變化。老巷處拉架、割煤時，嚴禁單崗作業，作業現場必須有班長以上干部現場統一指揮。

3 結論

通過對采煤工作面的礦山壓力、老巷和地質構造等提前分析研究，完善規程、措施，加強工作面支護質量，加強采面工程質量和“一通三防”管理，真正實現了技術上合理、經濟上可行、安全上可靠。實踐證明，加強對巷道壓力控制和過老巷、地質構造的超前管理，使采面和老巷頂板得到了很好的控制，為今后其它采面過老巷和地質構造提供可靠的技術保證，并積累了寶貴的經驗。同時該研究成果具有很大的推廣價值。