运输石门上覆保护煤柱的开采技术与实践分析

郭飞龙

（大同煤矿集团公司忻州窑矿，山西大同037021）

运输石门上覆保护煤柱的开采技术与实践分析

郭飞龙

（大同煤矿集团公司忻州窑矿，山西大同037021）

文章介绍了在盘区运输石门上覆近层间距煤层的工作面布置方法及开采技术，同时对开车期间的矿压显现、周期来压强度、步距进行观测和总结分析。通过对下伏865轨道及皮带运输石门采用U29拱型棚和单体柱的加强支护，实现了安全开采，为类似条件下安全开采大巷上覆煤柱提供借鉴经验和科学依据，为提高老矿煤炭资源回收率，延长矿井服务年限拓宽了思路，提供了新的方法。

煤矿开采；石门上覆保护煤柱；轨道皮带延伸巷；皮带头硐室

大同煤矿集团忻州窑矿井田位于大同侏罗纪煤田北东部边缘，主向斜轴最低处。井田本身呈一不对称向斜构造。目前开采11#，14#，15#层煤。煤层埋藏深度280～370 m。随着开采年限的不断增加，现已面临资源枯竭。在工作面布置条件越来越苛刻的条件下，如何最多的回收煤炭资源成为老矿井当前的重要课题。

本文介绍了在运输石门上覆近层间距煤层的工作面布置及开采方法，论证了在资源枯竭型矿井条件下，为最大化回收煤炭资源，延长矿井服务年限，所采取的特殊工作面布置及成功开采的可行性与经济性研究，并为类似的工作面开采提供了科学依据[1-3]。

1 概况

1.1 工作面位置及四邻情况

本工作面位于忻州窑向斜轴部，大致呈一褶曲构造，工作面西高东低（尾巷高头巷低）。工作面西邻8925面（已采），北部和东部为实煤，南部接309集中回风巷、皮带巷及轨道巷，见图1。

图1 西二盘区11#层8900上分层工作面布置图

煤岩层走向大致为北西及北东向，倾向为北东及南东，煤层特征，见表1。

表1 煤层特征

1.2 地质构造及顶板岩性

工作面内无断层，但在其东部有一条北西走向11°，南西倾向79°，落差7 m，倾角65°的正断层。煤层顶底板情况，见表2。

表2 煤层顶底板情况表

1.3 与865轨道延伸巷、865皮带延伸巷位置关系

工作面位于865轨道延伸巷和865皮带延伸巷上覆11#煤层，走向均为南北向。与11#煤层底板层间距最大19.3 m，最小14.2 m，平均层间距16.7 m，见图2。

图2 工艺巷与865轨道巷对应位置剖面图

2 研究分析与技术措施

2.1 分析开采过程中可能存在的影响与危害

随着矿井资源的枯竭，开采深度的加大，工作面的布置条件越来越苛刻，因此工作面开采时矿山压力显现会比较大，且下伏865轨道石门和865皮带石门为东三盘区主要运输石门，开采时会对其产生一定影响[4]。随着开采的推进，巷道的压力峰值区和动压区也会随工作面的推进而变化，预计的主要峰值区在工作面切眼位置和停采线位置的煤体处及工作面周期来压对应位置煤壁煤体处，这些压力集中地段可能会对下伏的865轨道石门和865皮带石门产生较大的压力冲击。如果巷道变形或跨塌，不仅对矿井生产造成较大影响，更有可能对过往的行人和矿车造成人身危害和设备损坏，因此考虑对其加强支护[5]。

2.2 采取技术措施保证安全生产

1）对应开切眼和停采线前后30 m的865轨道、皮带延伸巷内，架U29拱型棚进行补强支护，棚间距0.8 m，并对865过渡二部皮带头硐室架密集U29拱棚。沿开采方向切眼30 m外，对865轨道巷架间距1 m的U29拱棚支护200米,对865皮带延伸巷采用单体支柱架11#工字钢梁支护300 m。整体对865轨道、皮带延伸巷起到加强支护的作用。

2）开采前沿865轨道延伸巷正上方，在工作面内掘进一条工艺巷，此巷道不仅可以对下伏的865轨道延伸巷起到卸压作用，而且开采时，当工作面顶板坚硬，两顺槽的放顶孔不能使采空区顶板有效跨落时，在工艺巷内加强放顶孔进行爆破，也可以对下伏865大巷周期来压产生的压力进行一定的释放。

3）在开采前先进行对865轨道、皮带石门的顶板破碎，风化地段及联络巷进行先期支护；在开采期间如果发现巷道内顶板巷道受压变型，及时对其进行补打锚索、锚杆、挂网架U29拱棚联合加强支护，以保证运输石门的安全。

4）开采期间采用的矿压观测方法有：

（1）应用YHY60(B)d矿用数字压力计配合FCH32∕0.2矿用数据采集器，见图3，进行工作面综采支架支柱压力连续观测，确定工作面的来压强度及来压步距。

工作面布置7条测线，在12#，28#，45#，56#，70#，84#，98#支架上安设KBJ-60-Ⅲ-1型圆图压力自记仪，后又在11#，55#，97#支架增设三台KBJ-60III（B）综采压力记录仪，中部为主要观测线。

图3 矿用数据采集器图

（2）应用MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力计监测巷道锚杆、锚索动态锚固力，见图4。

图4 巷道锚杆、锚索动态锚固力测力计监测图

（3）应用MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力计监测U钢支架受力状态。

（4）应用KLD25型顶板离层报警记录仪，进行底板大巷顶板离层量观测。

（5）采用十字布点法安设表面位移监测断面，进行巷道表面位移的观察，应用KLD25型顶板离层报警记录仪进行巷道两帮深部位移动态观测。

3 开采过程中的矿压显现

1）工作面压力显现

通过每日检修班换圆图记录纸，进行宏观状况统计和观测综采工作面顶板活动规律、开采空间围岩与液压支架的相互作用关系。

当工作面推进到距切眼30 m时直接顶才开始垮落，进风顺槽冒高4.5 m，工作面中部冒高5 m，回风顺槽冒高1.5 m。经观察进风顺槽至工作面中部垮落较好，但工作面中部至回风顺槽仍然坚硬难冒。

进风顺槽推进36.5 m，回风顺槽部推进至32 m，工作面从14#架～100#架，古塘顶板大面积塌落，古塘顶板全部和支架顶梁塌齐。

第一次周期来压，支架平均工作阻力25.8 MPa，距初次来压39.3 m。当进风顺槽推进106.8 m，回风顺槽推进至109.1 m，工作面84#～90#支架发生煤体片帮，长10 m，深2 m。

第二次周期来压，来压步距36.8 m，平均工作阻力25 MPa。当进风顺槽推进156.1 m，回风顺槽推进至155.8 m，在回风顺槽超前支护10 m靠工作面煤帮侧发生两次冲击型矿压显现，共炸帮长10 m，深2 m。

第三次周期来压，来压步距20 m，平均工作阻力26 MPa，此时进风顺槽推进163.8 m，回风顺槽推进至165.7 m。

此后工作面在割煤过程中，发生煤炮现象增多，工作面采取提高支架初撑力到24 MPa以上，并在回风顺槽超前支护30 m范围内增支两排单体柱，放慢开采进度每日采3.5 m，最大不超过4 m，较大的缓解了工作面压力状况，但仍时有工作面煤壁片帮放炮、回风顺槽发生炸帮、片帮状况。

对应周期来压位置的865轨道、皮带石门内通过观测数据压力明显升高，但由于对其进行了架U29拱棚加强支护，所以巷道内没有明显变形和损坏，只有少量的零皮和片帮。

2）865轨道运输石门、皮带运输石门显现情况

开采期间，865轨道、皮带石门时有小的零皮脱落，但绝大多数都是巷道多年风化后在开采来压时脱落，不会对巷道正常使用造成影响。

在865皮带巷内，由于没法架设统一规格的U29拱棚，只在切眼和停采线前后30 m及过渡二部皮带头硐室架U29拱棚。在开采期间皮带巷在240～360 m处巷道片帮较多，由于巷道已进行单体柱架11#工字钢梁支护，其对巷道影响程度也不大，不影响皮带巷的正常运输与人行通过。

工作面开采期间，在矿压显现较大的状况下，通过架U29拱棚和工艺巷卸压保证了工作面的正常开采和865轨道运输石门、865皮带运输石门的安全。

4 工作面开采时对下伏巷道的影响规律分析

根据开采经验及煤岩性特征，综采工作面采空区周期性成正方形时，工作面压力的应力集中较大，推测在下部对应的应力集中压力传导区域也在此处。

实际通过各种压力检测手段得到的观测数据表明：

（1）工作面头一次周期来压过程发生范围在120～170 m，于工作面长度159 m正方形相吻合。此处工作面压力增大，支架阻力增大，工作面煤壁片帮严重，尾部压力较大。对应下伏运输大巷压力显现范围在140～190 m范围处，此处压力数据明显升高，在865轨道巷内有少量的零皮脱落，在865皮带巷内150～170 m处有少量的巷道片帮，但由于巷道已提前进行加强支护，巷道使用正常，不影响巷道行人、运输的安全。虽然压力值明显增加，但不影响巷道的安全使用。

（2）工作面开采在310～350 m范围处，对应下伏巷道在330～375 m范围处，是第二次压力明显显现增高范围。工作面第三次压力显现范围在480～520 m处，对应下伏巷道在500～530 m处。

由以上实际观察数据显现和巷道变形情况可以推断，当工作面压力在采空区周期性成较规则的正方形面积时，应力会集中显现；应力传导在下部层间距16～20 m范围内时，应力集中也会相应的超前20～30 m，成一较规则的应力集中显现区域。

因此，在工作面开采时可以推断应力发生的集中区域，可按工作面长度来超前进行加强支护范围，同时对工作面下伏大巷需要加强支护范围进行加强支护，为矿井安全生产提供重要的理论依据。

5 开采经济效果和安全性评价

在矿井资源枯竭的情况下多回收煤炭资源38.6万t，按目前煤价650元∕t计算，可创造经济价值25 090万元，除去成本按目前集团公司返矿60元∕t，为我矿多创经济效益2 316万元。

此外，通过增加对865轨道运输石门和865皮带运输石门的加强支护投入256万元，加上在工作面内施工一条工艺巷的投入141万元，额外投入共计397万元，远远小于利润，并且有效的保证了工作面的安全生产，尤其是我矿东三盘区11#层和14#层服务的盘区运输大巷，1∕5产量通过其运输，安全保护865轨道运输石门、865皮带运输石门尤为重要，同时也解放了我矿田资源枯竭而衔接紧张，并延长了矿井服用年限等诸多困难，因此经济效果是显著的[6]。

6 结论

1)掌握开采工作面上覆岩层主要运动规律，矿山压力活动规律，确定初次来压和周期来压步距，进行顶板来压预测预报，防止顶板事故发生。

2)通过对底板大巷的监测，确定采动影响范围及支承压力分布与变化规律，为分析底板大巷的稳定性提供依据。

3)确定锚杆、锚索锚固力变化规律，确定大巷支护方案的可行性。

4)针对工作面及底板大巷检测出的不安全因素，提出整改措施，保证安全开采和底板大巷的稳定性。

5)为类似工作面支架选型和合理支护参数的确定提供可靠依据。

6)通过开采期间压力变化等情况改进工作面和顺槽的支护保障减少或消除类似工作面冲击型矿压的发生，保证人员安全。

7)此工作面在开采期间最大困难在于煤壁片帮严重，为类似的情况下如何选用带护帮支架类型和提高工作面防护提供基础依据。

[1]张荣立，何国纬.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

[2]徐永圻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3]钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制（修订本）[M].北京：煤炭工业出版社，1991.

[4]刘正和.综放开采区段煤柱应力分布及其尺寸优化设计研究[J].山西煤炭，2009，29（3）:41-42．

[5]李洪武.综放开采区段煤柱应力分布及其尺寸优化[J].煤炭科学技术，2008，35（8）:39-41．

[6]刘爱国.综放工作面回采巷道煤柱应力分析与参数优化[J].煤炭科学技术，2002，30（1）:39-41．

Mining Technology of Haulage Cross-cut Overlying Protecting Coal Pillar and Practice Analysis

GUO Fei-long
(Xinzhouyao Mine of Datong Coal Mine Group Co.Ltd.,Datong Shanxi,037021)

This paper introduces the arrangement and mining technology in the face of haulage cross-cut overlying seam,ob⁃serves and analyses the coal pressure appearance,perildic pressure strength,and pace.Through strengthening the support for underly⁃ing track 865 and belt haulage cross-cut by U29 arch set and monomer column,it realizes the safe production,provides experience and reference for mining in similiar conditions,and gives new methods for raising the resource recovery rateand prolong the length of ser⁃vice.

mining;cross-cut overlying protecting coal pillar;track belt extension roadway;belt end chamber

G807.4

A

1674-0874(2014)04-0065-04

2014-04-26

郭飞龙（1986-），山西大同人，硕士，助理工程师,研究方向：采矿工程技术。

〔责任编辑 石白云〕