急傾斜工作面跨平硐開采保護煤柱技術

劉建 周忠國 廖其龍

（四川省華鎣山煤業(yè)股份有限公司綠水洞煤礦，四川華鎣 638600）

0.引言

隨著煤炭開采深度的增加，煤層賦存條件越來越惡劣，地質條件愈加復雜，煤層傾角越來越大，由于開采技術力量薄弱，采煤工作面在回采至平硐保護煤柱時，工作面將面臨跳采，重新布置開切眼以及綜采設備的重新回撤及安裝，造成部分煤炭資源丟失無法開采，煤炭開采量降低，同時增加了開采成本[1-4]，因此，急傾斜綜采工作面跨平硐開采研究顯得尤為重要。

1.試驗地點概況

綠水洞煤礦322采區(qū)位于+350m水平打鑼灣背斜西翼，522～561采區(qū)下部，南至井田邊界保護煤柱，北至350西石門，上限至標高+530m，下限至標高+350m，地面標高+788.4m～+1013.5m，埋深320m～625m，走向長1800m～2450m，傾向長150m～255m，斜面積47.23萬m2，地質儲量181.2萬t（含煤柱18.8萬t），可采儲量144.9萬t（含煤柱15.0萬t）。

2.技術方案

方案一：將工作面實行分段開采，分為兩個綜采工作面，分別在工作面南、北兩端布置開切眼，然后布置回采工作面，工作面從兩邊往中間推進，對+660m平硐保護煤柱進行回采。如此布置回采工作面時，前期準備工期較短，有利于緩解采掘接替。方案二：在工作面南部末端布置開切眼，然后布置回采工作面，工作面推進方向由南向北進行回采，如此布置回采工作面時，隨著回采進度的增加煤層傾角將逐漸變小，回采難度逐漸降低，工作面跨+660m平硐保護煤柱進行連續(xù)回采，無需跳過保護煤柱重新布置開切眼安裝設備，節(jié)省開切眼布置及安裝時間。方案一的主要優(yōu)點是前期的準備工期較短，有利于緩解采掘接替，同時根據(jù)礦井實際，保護煤柱段回采時可以通過加強采區(qū)對應地面沉降觀察靈活開采，從而保證回采保護煤柱后不對+660m平硐造成影響，缺點是多施工一條開切眼、工作面多一次安裝、回撤，且工作面未能實現(xiàn)連續(xù)回采，投入的人力大、材料多、成本高，且丟失部分煤炭資源。方案二的主要優(yōu)點是在回采推進方向上由南向北連續(xù)推進，無需重新施工開切眼安裝設備，節(jié)省開切眼布置及安裝時間，投資小，且增加了煤炭資源回采量；缺點是前期的施工周期較長。方案二相比方案一工程量及投資最少，煤炭資源回采量高，有利于下階段的工作面布置，故選用方案二。

3.地表移動和變形預計

3.1 地表移動和變形值

根據(jù)綠水洞煤礦地質構造資料，若+660m平硐和+790m回風平硐保護煤柱煤炭資源全部開采，充分采動后，地表就產(chǎn)生明顯的下沉和移動，會形成下沉盆地，盆地中央地表下沉值達到了最大極限。經(jīng)計算，+660m平硐形成下沉盆地后地表移動和變形最大下沉值為918mm，主要影響半徑70.55m，最大傾斜值13.01mm/m，最大曲率值0.28×10-3/m，最大水平移動值229.5mm，最大水平變形值4.94mm/m，+790m回風平硐形成下沉盆地后地表移動和變形最大下沉值為918mm，主要影響半徑142.22m，最大傾斜值6.45mm/m，最大曲率值0.069×10-3/m，最大水平移動值229.5mm，最大水平變形值2.45mm/m。

3.2 采煤工作面開采后采空區(qū)完全冒落計算

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中近水體采煤的安全煤巖柱設計方法，經(jīng)計算，3222采煤工作面回采后冒落帶高度為21.78m，裂隙帶高度為32.44m。

4.采區(qū)井筒保護煤柱開采影響分析

根據(jù)對322采區(qū)跨+660m平硐開采后，巖層下沉、水平移動變形的預計，下沉盆地內各主斷面上的地表變形值均超過了《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中的臨界變形值，對+660m平硐破壞程度為嚴重損壞，對+790m回風平硐破壞程度為損壞。

5.平硐煤柱范圍

礦井+660m平硐位于322采區(qū)上方，將采區(qū)分成南北兩個部分，壓覆了+530m～+350m標高段的煤炭。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》相關要求，作+660m平硐保護煤柱線，+660m平硐兩側各20m，+350m煤層底板等高線，以δ=75°作保護煤柱線，平硐兩側長度210m，煤柱區(qū)域面積為35563.62m2。煤層厚度2.5m，原煤視密度1.44t/m3，煤柱量12.80萬t。作+790m回風平硐保護煤柱線，+790m回風平硐兩側各20m，+350m煤層底板等高線，以δ=75°作保護煤柱線，平硐兩側長度280m，煤柱區(qū)域面積為52632.08m2。煤層厚度2.5m，原煤視密度1.44t/m3，煤柱量18.95萬t。

6.技術經(jīng)濟分析

如果保留+790m回風平硐煤柱，322采區(qū)就被分成東西兩個部分，322采區(qū)的軌道上山、行人上山和回風上山均布置于+790m回風平硐煤柱內，322采區(qū)共布置3221、3222、3223和3224等4個采煤綜采工作面。如果不保留+790m回風平硐煤柱，322采區(qū)的軌道上山、行人上山和回風上山均布置于采區(qū)北翼的+528m主平硐煤柱內，322采區(qū)共布置3222和3224等兩個采煤綜采工作面。322采區(qū)跨+790m回風平硐開采可以回采+790m回風平硐煤柱18.95萬t，直接獲利6402.82萬元。322采區(qū)延長服務年限4.2個月。

7.實施效果

（1）322采區(qū)上區(qū)段跨平硐開采將對礦+790m風機房造成影響，+790m風機房在開采后的塌陷盆地中間，確定了322采區(qū)上區(qū)段分為兩塊工作面進行回采，并完成了井巷工程的布置，322采區(qū)下區(qū)段3223采煤工作面則進行跨平硐開采。

（2）工作面在+660m平硐保護煤柱下開采期間，一是風巷錨棚支架不進行回撤，采用注漿、封閉等方式加強風巷高幫的支護，加固上部煤體，二是結合水力壓裂技術及強制放頂?shù)却胧Ω邘筒煽諈^(qū)頂板進行管理，及時卸壓、充填，防止采動壓力對未采部分煤層造成進一步壓松垮落。

（3）工作面在+660m平硐保護煤柱下開采期間，通過對+660m平硐相應位置設立的觀測點監(jiān)控巷道變化情況分析，322采區(qū)上區(qū)段工作面推過保護煤柱時，+660m平硐巷道變形量在0mm～3mm，對+660m平硐的底板、排水溝等均未造成影響。

8.結語

（1）在平硐下保護煤柱的工作面回采，在采煤工作面遇保護煤柱時，在保證工期、有效利用資源的情況下采取相應的安全措施實現(xiàn)工作面連續(xù)回采，省去了重新施工開切眼的繁瑣，以及工作面搬家、設備重新安裝、回撤等時間，避免丟失煤炭資源，提高了回采率及作業(yè)安全，對保護煤柱的穩(wěn)固及采空區(qū)懸頂管理；實現(xiàn)了過保護煤柱段的開采工藝，對礦井的采掘接替、煤炭資源的節(jié)約都有著積極的作用。

（2）通過對急傾斜工作面跨平硐開采保護煤柱技術研究，對保護煤柱留設的計算提供了經(jīng)驗參數(shù)，為以后類似地質條件下應用提供了基礎資料，從而實現(xiàn)工作面連續(xù)推進，提高煤炭產(chǎn)出量，安全、經(jīng)濟效益明顯。