巷道负煤柱施工防冲技术应用

徐志强

（鹤岗矿业集团公司兴安煤矿,黑龙江 鹤岗 154102）

兴安煤矿17层煤顶板和煤层具有强冲击倾向性，三水平北17层三四区一段顶分层在掘送巷道的过程中掘进时共发生5次冲击地压，其中2次冲击地压造成工作面停产。三水平北17层三四区二段工作面为兴安煤矿综采一队接续工作面，由5101掘进队、5202掘进队掘送，保证掘送巷道期间人员与延米达到安全高效的目的。在准备掘送三水平北17层三四区二段巷道时，根据开采条件方面对比，掘送赋存更深的二段时冲击危险更为严重。从优化巷道布局入手，采用负煤柱布置回风道，即把二段回风道布置在一段顶分层机道下掘送，使回风道处在免压区内，从根本上治理冲击地压。

1 概况

工作面位于三水平北17层三四区二段，上至回风道（标高-307.2～ -319.9m），下至机道（标高-401.6～ -415.6m），北起切眼位置，南至设计停采线。走向长1080m，倾斜平均长176m，平均煤厚为11.3m。上覆北11层工作面已开采完毕，下覆21层未开采，区内勘探钻孔未测斜。与上覆11层间距117～191m，下覆21层间距95～126m。

从钻孔实际描述以及掘送巷道实际情况看，煤层夹矸为4～6层0.22～0.95m的粉砂岩及炭页岩，走向185～195°、倾角28～36°，煤层结构较简单。煤层硬度0.31～0.71，煤层层理、节理发育。煤层伪顶为0.2～3.33m炭页岩,直接顶为5.2～14.9m的灰色粉砂岩,以石英、长石为主，含炭屑，胶结坚硬，层理明显。基本顶为12～55.15m的中粗砂岩,分选差，夹细砂岩薄层，局部少量炭质，岩石类别为Ⅲ，为中等稳定顶板。底板为4.5～5.5m的凝灰质粉砂岩，岩石类别为Ⅱ。

2 工作面邻区邻层情况

（1）邻区：本区域回风道在采空区内施工，北侧以F1号断层下盘为界，南侧以L1号断层下盘为界，现南北西侧无其他工作面。

（2）邻层：本煤层在13-14′勘探线上覆11层煤，在13′勘探线以北已开采完毕，以南尚未开采。

风道开门点向北463m为一水平北三四区3层三段停采线；风道开门点向北663m至风道开门点向北687m为一水平北三四区3层三段遗留煤柱；风道开门点向北392m为二水平北三四区9层一段停采线；风道开门点向北888m为二水平北三四区9层一段停采线；机道开门点向北325m为二水平北三四区3层一段停采线；机道开门点向北970m至开门点向北1145m为二水平北三四区3层一段煤柱。

工作面中部留有一水平北三四区3层三段和二水平北三四区3层一段阶段煤柱；一水平北三四区3层三段遗留煤柱二处；二水平北三四区9层二段遗留煤柱一处。详见图1、图2。

图1 二段底分层与一段采掘工程关系对照图

图2 二段底分层与一段采掘工程平面图

3 冲击倾向及冲击危险评价

（1）根据煤层测定数据结果表明17层煤层为强冲击倾向性。

（2）根据岩层测定结果表明17层煤层为强冲击倾向性。

（3）根据自然地质条件定性因素分析：

由开采区域内构造引起的应力增量与正常应力之比γ按下式进行计算：

γ=（σg-σ）/σ=(33.42-21.16)/21.16=0.579

式中：

σg-增高的应力；

σ-正常应力。

当γ大于30%时，开采区域内构造引起的应力增量与正常应力之比的系数取3。

自然地质条件因素对冲击地压危险状态的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数Wt1按下式进行计算：

式中：

Wt1-冲击地压危险指数；

Wimax-每i个自然地质条件因素中的最大指数值；

Wi-采掘工作面周围第i个自然地质条件因素的实际指数；

n-自然地质条件因素数目。

此时冲击危险指数Wt1=17/21=0.81。故此工作面为强冲击危险。

（4）通过开采技术条件定性因素分析：

采掘工作面周围开采技术条件对冲击地压危险状态的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数Wt2按下式进行计算：

式中：

Wt2-冲击地压危险指数；

Wimax-每i个开采技术因素中的最大指数值；

Wi-采掘工作面周围第i个开采技术因素的实际指数；

n2-开采技术条件因素数目。

Wt2=（13）/33=0.39。故此工作面为弱冲击危险。综合以上结论分析：三水平北17层三四区二段工作面为强冲击危险。

4 施工方案

根据工作面冲击危险程度和三水平北17层三四区一段顶分层开采实际情况，研究、确定该工作面防冲治理方案如下：

（1）从防冲角度分析小煤柱或负煤柱一次采全高进行开采，能够最大限度减轻冲击危险；

（2）从通风角度考虑认为小煤柱或负煤柱开采对防火极为不利，现有手段不能保证防火安全开采；

（3）从生产角度分析认为综采放顶煤回采率较低，煤炭损失量较多。

（4）从防火角度分析认为二段回风道与一段底分层机道留4～5m煤柱能够保证防火安全，提前对工作面两道预注水能提高回采率，减少煤炭损失。

综合以上思路,为了将三水平北17层三四区二段风道设计在防冲预留免压带内，同时为防火预留足够煤柱，研究决定三水平北17层三四区二段风道与三水平北17层三四区一段底分层机道留4～5m煤柱，三水平北17层三四区二段风道内错三水平北17层三四区一段顶分层机道9m，实现负煤柱掘进，保证三水平北17层三四区二段风道处在免压区，使风道由强冲击危险变为无冲击危险。如图3所示。

图3 风道层间关系剖面示意图

5 效果分析

5.1 经济价值

三水平北17层三四区二段风道负煤柱掘送，使该巷道由原来评价的强冲击危险变为无冲击危险，与三水平北17层三四区一段顶分层风道掘送巷道时对比，在掘送三水平北17层三四区二段风道时可以不施工卸压钻孔，按正常施工卸压钻孔工作量计算，共计节约1556个卸压钻孔，节约施工钻孔延米38900m，按现阶段钻孔施工成本计算，预计可节约成本387万元。另外施工钻孔时用150T钻机或300T钻机施工，预计可节约钻机配件消耗以及113mm孔径钻头消耗8万元。节省了材料的消耗，也节省了人工费用，无冲击的情况下，掘进巷道成巷后，巷道的压力显现不明显、巷道的变形量几乎没有，大大地降低了巷道二次恢复所造成的材料消耗及人力工时的消耗，这也正符合集团公司提倡的节支降成的宗旨，提高了企业的经济效益。

5.2 安全价值

大幅度提高了巷道掘进速度，缩短了施工工期，提高了生产效率。三水平北17层三四区二段风道进行负煤柱掘进施工时，回风道掘进时能够实现高速安全掘进，最大限度地杜绝了冲击地压的发生机率。回风道实现了大断面掘进机月掘进380m，保证了矿井的正常接续稳定发展。