綜放工作面過上覆集中煤柱應(yīng)力區(qū)支護技術(shù)探析

盧遠成

（大同煤礦集團有限公司同忻煤礦，山西 大同 037003）

1 工程概況

同煤國電同忻煤礦位于山西省大同市境內(nèi)，一盤區(qū)8102 工作面為同忻礦首個孤島小煤柱綜放工作面，地面標(biāo)高為+1 195.5～ +1 279.8 m，工作面標(biāo)高為+786～ +796 m。8102 工作面上覆為原永定莊煤礦侏羅系8#、9#、11#、12#、14#煤層采空區(qū)，東部為實體煤層，西部為三條盤區(qū)大巷，北部、南部分別為8103 與8101 工作面采空區(qū)。8102 工作面與相鄰兩側(cè)采空區(qū)留設(shè)煤柱均寬度為6 m，屬典型孤島小煤柱工作面。8102 工作面走向長1 516.5 m，傾向長251 m，區(qū)域可開采煤層為C3-5#煤層，煤層厚度在12.9～22.68 m 之間，平均煤厚18.08 m，煤層平均傾角1°。C3-5#煤層基本頂為中粗粒砂巖，巖層平均厚度10.32 m；直接頂為2 號煤、高嶺質(zhì)泥巖、炭質(zhì)及砂質(zhì)泥巖，平均厚度4.61 m；偽頂平均厚度0.73 m；直接底為1.85 m 厚的高嶺質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖；基本底為6號煤及高嶺質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度6.21 m。8102 工作面為“一進二回”三巷布置，其中2102 巷為工作面膠帶順槽，5102 為工作面輔運順槽，8102 巷為工作面高抽巷。8102 工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤開采工藝，機采高度3.9 m，平均放煤高度14.18 m，采放比為1:3.6。

2 上覆煤柱分布情況

8102 綜放工作面2102 膠帶順槽存在7 個區(qū)段煤柱應(yīng)力集中區(qū)域，5102 膠帶順槽存在6 個區(qū)段煤柱應(yīng)力集中區(qū)域，當(dāng)工作面回采至該區(qū)域時，巷道受上覆煤柱應(yīng)力集中影響變形嚴重。2102 膠帶順槽巷與5102 輔運順槽上覆煤柱分布情況分別見表1、表2。

3 工作面過上覆煤柱應(yīng)力區(qū)的支護工藝

3.1 兩順槽采煤側(cè)卸壓孔+底板卸壓槽聯(lián)合卸壓

根據(jù)8102 工作面上覆煤柱的分布狀況，8102 工作面回采期間在工作面兩順槽采煤側(cè)布置卸壓鉆孔對應(yīng)力集中區(qū)域進行卸壓，消除應(yīng)力積聚現(xiàn)象[1]。具體施工工藝為：分別在2102 膠帶順槽和5102 輔運順槽采煤側(cè)第二排支護與第三排支護之間施工兩排規(guī)格為Φ200 mm 的卸壓鉆孔，各鉆孔水平、垂直間距分別為1800 mm 和500 mm，孔深30 m。鉆孔施工完成后，利用黃泥封孔，封孔長度2000 mm。5102 巷、2012 巷采煤側(cè)共計施工的卸壓孔分別為745 個、800個。順槽采煤側(cè)卸壓鉆孔布置示意如圖1，卸壓鉆孔參數(shù)見表3。

圖1 順槽采煤側(cè)卸壓鉆孔布置示意圖

2102 膠帶順槽卸壓槽布置在單軌吊正下方、距離煤柱側(cè)幫1000 mm 位置處，卸壓槽規(guī)格為600 mm×600 mm。隨著工作面的推進、膠帶順槽串車推移，卸壓槽也向外依次施工。卸壓槽施工完畢時，在上面分段鋪設(shè)規(guī)格為1000 mm×750 mm×8 mm鐵板（可回收）。2102 膠帶順槽底板卸壓槽布置示意圖如圖2。

表3 卸壓鉆孔參數(shù)表

圖2 2102 膠帶順槽底板卸壓槽布置示意圖

5102 輔運順槽卸壓槽布置在偏采煤面?zhèn)?、邊緣距工作面?zhèn)?400 mm 的位置處，卸壓槽規(guī)格為600 mm×600 mm。隨工作面推進，依次向外施工。在卸壓槽上分段鋪設(shè)規(guī)格為1000 mm×750 mm×8 mm 鐵板（可回收）。5102 輔運順槽底板卸壓槽布置示意圖如圖3。

圖3 5102 輔運順槽底板卸壓槽布置示意圖

3.2 地面壓裂

8102 綜放工作面在采位750 m 附近存在三個煤柱應(yīng)力集中影響區(qū)域，區(qū)域范圍巷道圍巖壓力較大，選擇在8102 工作面采位742 m、距離2102 膠帶順槽采煤幫93 m 的位置處施工壓裂鉆孔，對工作面應(yīng)力積聚區(qū)域進行地面壓裂，釋放工作面壓力，起到保護巷道的作用[2]。

3.3 順槽巷道頂板補強支護

8102 綜放工作面順槽巷道受煤柱影響區(qū)域均使用工字鋼+錨索進行加強支護，為確保巷道圍巖穩(wěn)定，另對巷道頂板進行補強支護，形式為錨索吊掛工字鋼梁。錨索規(guī)格為Φ21.8 mm×8300 mm，錨索間排距為1800 mm×2700 mm；工字鋼選用規(guī)格為11#礦用工字鋼，工字鋼長度為5 m。為有效防止錨索在強動壓作用下失效掉落，在錨索施工完成后，使用規(guī)格為5000 mm×200 mm×6 mm 的扁鐵對錨索進行固定，確保錨索端頭外漏長度在150～250 mm 之間[3]。為提高巷道頂板與幫部的整體穩(wěn)定性，在巷道角翼施工規(guī)格為Φ21.8 mm×4300 mm 的角錨索，拱形可調(diào)心鋼托板選用規(guī)格為150 mm×150 mm×12 mm，在巷道頂板處吊掛600 mm 短節(jié)礦用工字鋼，工字鋼排距為2700 mm。8102 工作面順槽頂板支護示意圖如圖4。

圖4 8102 工作面順槽頂板支護示意圖

在工作面順槽受上覆煤柱應(yīng)力集中影響、頂板穩(wěn)定性較差的區(qū)域，除進行工字鋼+錨索補強支護外，還需在巷道頂板中部施工三眼組合錨索對巷道頂板進行加固[4]，如圖5。

圖5 8102 工作面順槽三眼組合錨索支護加固示意圖

3.4 順槽單體柱超前支護加固

3.4.1 2102 膠帶順槽單體柱超前支護加固

2102 膠帶順槽巷在受上覆煤柱應(yīng)力影響的區(qū)域內(nèi)的超前支護段采用三排規(guī)格型號為DWX45-150/110 的單體支柱進行支護，每根單體配0.8 m 長花邊梁，防墜裝置用8#鉛絲與頂網(wǎng)和單體柱捆綁牢固，如圖6。

圖6 2102 膠帶順槽超前煤柱影響段單體補強支護示意圖

3.4.2 5102 輔運順槽單體柱超前支護加固

5102 輔運順槽巷在受上覆煤柱應(yīng)力影響的區(qū)域內(nèi)的超前支護段采用型號為DWX45-150/110 的單體柱和叢柱進行超前補強支護，每根單體配0.8 m長花邊梁，防墜裝置用8#鉛絲與頂網(wǎng)和單體柱捆綁牢固，叢柱采用單體柱配1.2 m 花梁。為了防止工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈導(dǎo)致單體支柱發(fā)生彈射，支護期間需通過鋼絲繩對叢柱與單體支柱進行捆綁，確保支護的穩(wěn)定性[5]，如圖7。

圖7 5102 輔運順槽超前煤柱影響段單體補強支護示意圖

4 結(jié)語

強礦壓顯現(xiàn)是威脅孤島綜采工作面安全回采的重要因素，8102 綜放工作面回采期間，在上覆集中煤柱應(yīng)力區(qū)的影響下，礦壓顯現(xiàn)明顯。針對這一難題，提出優(yōu)化工作面支護工藝，采取在工作面順槽施工卸壓鉆孔、在地面施工定向鉆孔對壓力集中區(qū)域進行卸壓。目前，該工藝應(yīng)用效果良好， 8102綜放工作面回采期間，巷道圍巖穩(wěn)定，順槽頂板及巷幫變形較小，安全生產(chǎn)得到了有效保障。