突出煤層小煤柱沿空掘巷的巷道布置研究與實踐

高青松

(華陽新材料科技集團有限公司 五礦，山西 平定 045200)

五礦貴石溝井2016年升級為突出礦井，主采的15號煤層為突出煤層。在貴石溝井四采區8406工作面采用掘進底抽巷以巖保煤方式治理瓦斯，該方法投資大，成本高，掘進底抽巷及鉆孔抽采導致工作面準備時間大幅延長，采用水力沖孔造穴等防突手段，與掘進工作存在互相干擾，也存在巷道單進水平大幅降低的情況。因此，亟需探索新的瓦斯治理方式解決工作面瓦斯問題。

小煤柱沿空掘巷方法，將工作面巷道布置在采動影響瓦斯卸壓區，理論上有利于巷道掘進期間瓦斯治理，同時工作面巷道避開應力集中區，有利于巷道支護。為此，在8402孤島工作面回風巷道試驗小煤柱沿空掘巷技術。

1 工程概況

8402工作面位于四采區，工作面東北部為采區大巷，西北部相鄰的8403工作面在2009年10月回采完畢，東南部相鄰的8401工作面2010年7月回采完畢，西南部為馬家莊村保護煤柱，該工作面為孤島工作面。根據《陽泉煤業(集團)有限責任公司五礦貴石溝井15號煤層突出危險性區域劃分》，8402工作面不在區劃報告范圍內。

8402回風巷道煤層平均厚度8.56 m，煤層傾角0～22°，平均11°，為近水平煤層。巷道標高+380～+440 m，埋深約580 m，煤層整體標高較低，埋深較高。煤層直接頂為10.45 m的黑色泥巖，老頂為7 m的中粒砂巖。相鄰的8401進風巷道掘進期間煤層瓦斯含量較高，且曾出現瓦斯動力現象，單月進尺最高僅80 m，瓦斯濃度較高。

2 沿空掘巷方案的確定

根據巖體的極限平衡理論[1]，工作面回采后，臨近采空區的煤體會形成三個區域，破碎區、塑性區、彈性區[2]。由于在破碎區和塑性區內煤體受到一次采動影響，煤體受到破壞，煤層瓦斯得到釋放，瓦斯壓力降低，基本消除突出危險，因此，為減小掘進期間瓦斯涌出，減少采取進一步的消突措施對掘進的影響，可能的掘巷位置有2種：破碎區掘進、塑性區掘進。巷道在破碎區掘進，圍巖變形大、頂板離層、冒頂片幫較嚴重；巷道在塑性區掘進，圍巖變形較小，頂板離層、冒頂片幫等較在破碎區輕。因此，初步選擇在塑性區掘進。

運用巖體的極限平衡理論，采空區的塑性變形區寬度X0為：

式中：X0為塑性區的寬度，m；m為煤層的厚度，取8.56 m；A為側壓系數，取1.2；φ0為煤體的內摩檫角，取30°；K為應力集中系數，取1.2；γ為巖層的平均容重，取0.025 MN/m3；H為煤層埋深，取580 m；C0為煤層界面的黏結力，取3.4 MPa；Px為對煤幫得支護阻力，取0.3 MPa；經計算，X0=11.86 m。由于巷道寬5 m，8402回風巷道沿空掘巷的合理小煤柱為6.86 m，鄰近的寺家莊礦煤層地質條件與本礦相似，參考寺家莊礦15106孤島工作面7 m煤柱沿空掘巷取得較好了效果，因此，根據工程類比的方法，確定五礦8402工作面的煤柱寬度為7 m。

3 工程應用結果分析

3.1 瓦斯情況

目前，8402回風巷道已掘進完畢，掘進期間未發生過瓦斯動力現象，且防突參數指標K1值在0.2～0.35之間，瓦斯含量W值在5.52～6.02 m3/t之間，因此，可推斷巷道基本在瓦斯卸壓帶。

3.2 礦壓觀測結果

對8402回風巷巷道掘進期間的巷道變形進行觀測，兩幫平均移近量為0.8 m，頂底板平均移近量為0.94 m。掘進對巷道變形的影響約為100 m，其中0～60 m為劇烈變形階段，60～100 m為緩慢變形階段。

3.3 工程效益分析

五礦貴石溝井受瓦斯和動壓影響的工作面巷道掘進進尺水平較低,8402回風巷道由于巷道在瓦斯卸壓帶內掘進，防突工程量大幅減少，巷道單月掘進進尺最高達到140 m，基本與正常掘進工作面水平相當。

另外，8402回風巷道布置方式由原設計20 m大煤柱，調整為7 m小煤柱，多回采了13 m煤柱資源，經計算，多回收煤炭資源7.85萬t煤。

4 結 語

1) 五礦貴石溝井8402孤島工作面回風巷道采用7 m小煤柱沿空掘巷技術，巷道布置在瓦斯卸壓帶，掘進期間未出現瓦斯突出現象，確保了掘進安全。

2) 巷道在瓦斯卸壓帶內掘進，大幅減少了防突工程量， 提高了巷道掘進效率，減少了工作面準備時間，緩解了采掘銜接緊張局面。

3) 留設小煤柱開采，減少了煤炭資源的浪費，增加了資源回收率，提高了采區回采率。