小煤柱沿空掘巷在大采高综采工作面的技术实践及应用

杨朔鹏　兰华

[摘 要]近年来，随着煤矿采深的不断加大，地应力大幅增加，因此很多煤矿都采取了留宽煤柱护巷的布置方式，但这种布置方式有很多明显缺点。本文根据枣泉煤矿地质现状，对140201大采高综采工作面小煤柱沿空掘巷进行了研究，现场试验效果良好，以供类似矿井参考。

[关键词]小煤柱 沿空掘巷 综采工作面 大采高

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0009-01

一、前言

枣泉煤矿全井田共划分六个分区，各分区内按煤层赋存情况分煤组划分采区，每个煤组独立布置上下山，形成生产采区，按照由上及下、先近后远的顺序集中开采。随着开采范围和强度的增加，地应力随着采深的增加大幅增加，给工作面的开采布置和巷道支护均带来巨大压力。枣泉煤矿采煤工作面的布置一直采用三巷布置，较大的煤柱护巷的方式，即工作面的机巷与辅助巷之间留有35～40m护巷煤柱。根据近几年的生产情况，随着采深的增加，这种留宽煤柱护巷布置方式缺点明显：一是浪费大量的煤炭资源，二是由于下一工作面风巷布置在应力升高区，巷道要经受上一工作面回采动压及下一工作面回采超前压力影响，巷道顶板下沉、底鼓量大，两帮收缩严重，断面收缩率大，巷修工程量大（一般需要经过3～5次的维修），三是维修条件困难，危险性大，并严重影响工作面的正常推进。

为了解决工作面三巷布置宽煤柱护巷的不适用性，我矿积极探索、试验适应枣泉煤矿应力分布规律的煤柱尺寸，总结出了大采高工作面侧向支撑压力的分布规律，探索了大埋深、高地应力条件下工作采后动压对40m、20m、10m煤柱的影响，留不同煤柱尺寸护巷，虽然有不同的应力显现和效果，但是巷道变形均十分严重，仍不能够满足人员安全、通风安全及矿井安全生产的需要。

二、工程概况

140201综采工作面为枣泉煤矿二煤层14采区第一个工作面，工作面以北为14采区回风下山，东侧为140201综采工作面辅助运输巷，南侧为13、14采区DF50断层、西侧为130201大采高综采工作面老空区。140201综采工作面标高+891.679m～+969.177m，埋深430m～518m。工作面设计走向长度893m，倾斜长度160m，煤层平均厚度8.0m，倾角4°～5°，正常回采时的采高为5.6±0.1m，采用走向长壁综合机械化采煤法开采，采空区采用全部垮落法管理顶板。

二煤顶板以厚5.32～10.9m的炭质泥岩为主，次之为砂质泥岩，局部为粉砂岩。砂质泥岩抗压强度为196～289kg/cm2；粉砂岩抗压强度为380～399kg/cm2。二煤底板以厚3m左右的粉砂岩、砂质泥岩为主，泥岩次之。煤尘爆炸指数为34.66%，有煤尘爆炸危险。煤的自燃倾向性一级，属于容易自燃煤层。

3、小煤柱沿空掘巷布置方式研究

3.1 大采高综采工作面煤柱应力分布规律

根据枣泉煤矿大采高工作面煤柱应力分布现场实测结果，结合枣泉煤矿二煤赋存特点、煤岩体物理力学性质和强度指标测试结果综合分析研究，得出大采高综采工作面煤层沿倾斜支承压力显现特征有以下几点：

（1）工作面超前支承压力对煤柱的影响范围为25～45m左右。在工作面超前支承压力影响前，各测点处煤柱应力均有小幅近似线性增长，但增长幅度很小。

（2）煤柱0～9m和15～23m范围受采动影响剧烈，煤柱应力增加明显。且高应力的范围有向外扩展的趋势。

（3）煤柱9～15m范围在采动影响前后应力增长幅度相对较小，属于巷道布置的有利位置。

因此，最终确定140201工作面回风巷距130201工作面回风巷水平中心距为14.7m，两巷之间净煤柱为10m，回风巷巷道沿二煤层底板掘进。

3.2 沿空掘巷巷道布置方式及支护参数

140201综采工作面回风巷设计为矩形断面，掘进断面：宽×高=4700×3950mm，净断面：净宽×净高=4600×3800mm，巷道采用锚网+钢带+锚索支护。巷道顶部采用22#-M24-2500BHRB500号高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合规格为W280×5×4700-740-7型W钢带使用，锚杆间、排距740×900mm。巷道帮部采用20#-M22-2000BHRB335号高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间、排距900×900mm。顶部挂φ6.5mm圆钢焊接的钢筋网，帮部挂菱形金属网，网孔尺寸为40×40mm。顶部布置长度为3700mm的三孔锚索绗架，锚索间距为1600mm，排距为1800mm，锚索采用φ21.98mm×8300mm的预应力钢绞线锚索。

3.3 沿空掘巷时间控制

沿空巷道必须在采空区顶板岩石活动稳定后开始掘进，否则巷道会受移动支承压力的剧烈影响。因此，掌握好掘进滞后于回采的间隔距离是十分重要的。根据我矿辅助运输巷受工作面采动影响的矿压观测研究结果分析，得出相似条件下巷道与工作面开采位置关系及压力显现特征及规律：

滞后综采（放）工作面推进相对位置60m左右，辅助运输巷出现煤炮声频繁，顶板掉渣，断锚杆、锚索，顶板开始下沉、底板开始鼓起；滞后综采（放）工作面推进相对位置220m左右，巷道压力显现最为明显，巷道变形加剧，顶板下沉、底板鼓起明显，锚杆、锚索断裂，钢筋网撕裂现象严重。根据矿压观测数据，顶板下沉量最大为1040mm，最小为519mm，平均为780mm。底板鼓起量最大为1580mm，最小为680mm，平均为1130mm；滞后综采（放）工作面推进相对位置350m后，辅助运输巷压力显现趋于稳定，顶、底变形趋缓，受工作面采动影响基本结束。滞后综采（放）工作面推进相对位置25m后，巷道顶板浅部离层基本不再产生变化，滞后综采（放）工作面推进相对位置350m后，巷道顶板深部离层趋于稳定，则巷道此时已不受综采（放）工作面回采影响，已远离应力集中区域。

根据上述相似条件下巷道与工作面开采位置关系及压力显现特征及规律，各辅助运输巷滞后综采（放）工作面推进相对位置350m后，辅助运输巷压力显现趋于稳定，顶、底变形趋缓，受工作面采动影响基本结束。因此，140201工作面回风巷的开工时间要求如下：

（1）确定140201工作面风巷施工始终滞后130201大采高综采工作面不小于350m进行。

（2）140201工作面风巷月计划进尺250m，当130201工作面设备回撤完毕后，140201工作面风巷距离贯通位置仍然剩余120m左右，基本避开了压力集中影响段。

3.4 沿空掘巷巷道矿压观测

140201综采工作面回风巷自巷道掘进开始，就随着巷道掘进每隔50m布置一组顶板离层仪，巷道变形及矿压显现情况进行观测，直至巷道掘进结束。

通过对观测数据分析可得知，巷道大部分地段顶板下沉量在50～150mm范围内，说明顶板处于可控范围，顶板岩层相对稳定，对局部顶板下沉量超过150mm地段的通过及时补设锚索绗架后，顶板离层得到有效控制。部分底板底鼓量在380～450mm范围内，巷道施工完毕后可采用起底的办法，底板底鼓相对易于维护。从两帮移近量来看，最大移近量为900mm，且巷道下帮移近量较大，下帮最大移近量可达510mm，必须采取一定措施。

4、结束语

通过140201工作面风巷应用小煤柱沿空掘巷技术，不仅解决了巷道受矿山压力问题，确保了巷道空间，大大提高了掘进效率，而且提高了巷道的支护效果，巷道修复费用不到巷道成本的10%，费用减少75%，降低了巷道的维护费用。同时多回收煤炭资源17.35万t，提高了煤炭资源回收率，满足矿井安全高效生产的要求，经济、社会效益十分显著。

作者简介

杨朔鹏（1985—），宁夏银川人，现就职于神华宁夏煤业集团枣泉煤矿，从事煤矿掘进工作。

兰华（1985-），黑龙江牡丹江人，现就职于神华宁夏煤业集团麦垛山煤矿筹建处，从事煤矿地质工作。地址同上