双侧小煤柱孤岛综放工作面压力防范研究与技术

钮红亮 钮红喜

（1.大同煤矿集团安全管理监察局，山西 大同 037003； 2.大同煤矿集团临汾宏大公司万杰煤业，山西 临汾 041000）

1 工作面概况

同忻矿石炭系3-5#层8102 孤岛工作面为双侧小煤柱临空工作面，倾向长度为251 m，可采长度1399 m，平均煤厚16.7 m，可采储量约850 万t。该工作面位于一盘区东侧，盖山厚度487.9 m，东部为实煤区，西部为盘区大巷，北部为8103 采空区（已稳定6 年），南部为8101 采空区（已稳定8 年），顺槽与采空区间煤柱留设宽度为6 m。工作面选用ZF21000/27.5/42D 型支架共147 架，采煤机型号为艾柯夫SL500AC，前部刮板运输机型号为JTAFC1050，后部刮板运输机型号为JTAFC1050。由于该工作面为大同矿区第一个特厚煤层开采的综放孤岛工作面，考虑到开采后形成采场空间较大，再叠加孤岛工作面存在应力集中现象，可能会使本工作面及相邻工作面采空区上覆岩层失稳，从而会诱发强矿压灾害。为了预防工作面可能出现的压力灾害，应采取有效的压力防范措施。

2 压力防范技术

2.1 钻孔卸压

工作面两顺槽采煤帮卸压孔施工分段进行，分为工作面一次见方区域（前300 m 范围）和工作面非一次见方区域。一次见方区域内钻孔间距小，非一次见方区域钻孔间距大，两顺槽总计约施工3774个卸压孔，单个顺槽施工1887 个卸压孔，具体分段情况如图1。

8102 工作面两顺槽采用ZDY4000L 型履带式全液压钻机在采煤帮施工钻孔，钻头直径200 mm。

2.1.1 一次见方段卸压孔参数

根据现场帮部变形情况，在第二排支护和第二排第三排支护之间施工两排卸压钻孔，详见图2 卸压孔布置图。钻孔呈三花眼形式布置，钻孔间水平距离900 mm，垂直距离700 mm，孔深20 m，用黄泥浆封孔2000 mm，参数见表1。

图1 2102 巷分段卸压示意图

表1 采煤帮钻孔参数表

图2 一次见方段卸压孔布置图

2.1.2 非一次见方卸压孔参数

非一次见方区域在采煤帮第二排支护和第二排第三排支护之间施工两排卸压钻孔，如图3。钻孔呈三花眼形式布置，钻孔间水平距离为1800 mm，垂直距离为700 mm，孔深30 m，用黄泥浆封孔2000 mm，参数见表2。

表2 非一次见方段采煤帮钻孔参数表

图3 非一次见方段卸压孔布置图

2.2 2102 巷超前补强及卸压

（1）铺设菱形铅丝网

2102 巷从采位50 m 开始铺网，顶板均铺设双层8#菱形铅丝网，要求顶板双层网从肩部垂下至少1.1 m。金属网采用螺母、14#铅丝和钢丝绳与原支护锚杆、锚索和金属网进行固定。

（2）补强支护

根据以往开采经验，同忻矿工作面顶板坚硬，不易垮落，来压距离一般70～80 m，因此方案确定该面从采位50 m 开始对顶板施工补强支护。补强支护采用锚索吊挂工字钢梁，锚索规格Φ21.8 mm×8300 mm，工字钢为5000 mm 长的11#矿用工字钢，间排距1800 mm×2700 mm，三三三布置，并用150 mm×150 mm×12 mm 的拱形可调心钢托板。为了防止顶锚索在强动压情况下撅断掉落伤人，方案确定使用5000 mm×200 mm×6 mm 的扁铁对顶锚索进行固定，要求锁紧扁铁后，锚索外露长度为150～250 mm。角锚索规格Φ21.8 mm×4300 mm，并配150 mm×150 mm×12 mm 的拱形可调心钢托板，同时吊600 mm 短节矿用工字钢，排距2700 mm。具体2102 巷补强支护如图4。

（3）起底

为了防止工作面来压顶底板变形过大，影响转载机通过，方案确定从采位50 m 往外起底。起底后保证巷道高度不小于3.3 m，确保转载机顺利通过，随着串车的迁移逐步往外起底，到回柱绞车处结束。

（4）卸压槽

经现场查看，确定从采位50 m 到停采线开卸压槽，位置在单轨吊正下方，卸压槽中心距离煤柱侧帮1000 mm，规格为500 mm×600 mm，后期随着串车迁移，卸压槽也往外施工。卸压槽施工完毕，在上面分段铺设2000 mm×700 mm×50 mm 钢板。

图4 2102 巷补强支护设计图

（5）超前支护

2102 巷为小煤柱临空巷道，同忻矿确定超前200 m 范围内支设单体，采用三排单体支设，单体型号为DWX45-150/110。采位50 m 往里受到转载机驱动影响，采用三排单体支护，均采用一梁两柱，其中每2 根单体配0.8 m 长花边梁支设，单体间距为500 mm，每组间距中对中为1600 mm。采位为50 m 到停采线因受皮带和单轨吊的影响，确定在皮带内（工作面侧）支设一排单体，该单体距工作面侧300 mm；在皮带与单轨吊之间支设一排单体，该单体与皮带边缘距离300 mm；在单轨吊内（煤柱侧）支设一排单体，该单体与煤柱侧距离300 mm。均采用一梁两柱，其中每2 根单体配0.8 m 长花边梁支设，单体间距500 mm，每组间距中对中1600 mm，净间距为800 mm，三排单体对称布置。在条件受限时，根据现场情况可调整单体间排距大小，要求单体穿柱靴，设防倒装置，特殊情况可不穿柱靴，防倒使用DN8 钢丝绳进行软连接。

2.3 5102 巷超前补强及卸压方案

（1）铺设菱形铅丝网

从采位50 m 往外，顶板挂单层8#菱形铅丝网，采用螺母和14#铅丝与原支护锚杆、锚索和金属网进行固定。

（2）卸压槽

为有效防止5102 巷在回采期间底鼓变形严重，确定从采位50 m 至停采线开一条卸压槽，位置偏工作面侧，卸压槽边缘距工作面侧1400 mm，卸压槽规格为500 mm×600 mm，随着单体和木垛的支设往外施工。当卸压槽施工完毕时，在上面分段铺设钢板，钢板规格2000 mm×700 mm×50 mm。具体施工如图5。

图5 5102 巷卸压槽示意图

（3）起底

当底板变形过大导致5102 巷单体、木垛倾斜，不能正常支设时，开始起底，方案确定从采位50 m往外起底，保证巷道底板的平整度。

（4）补强支护

采位30 m 往里，使用三排单体进行支护，单体柱型号为DWX45-150/110，采用“一梁一柱”形式，其中每根单体配0.8 m 长的花边梁支设，单体间距为1200 mm，排距为1400 mm。采位30 m 往外到停采线，煤柱侧和采煤侧均支设木垛，间距为1 m，道 木 规 格 为200 mm×200 mm×1200 mm 和200 mm×200 mm×1000 mm，其中1 m 长方木每层4 根，垂直于巷道布置，1.2 m 长方木每层4 根，顺巷道方向布置，两侧木垛对称布置。煤柱侧和采煤侧前后木垛中间支设6 根单体，单体柱型号为DWX45-150/110，采用“一梁三柱”形式，其中每3 根单体配1.2 m 长花边梁支设，单体间排距500 mm。在卸压槽与煤柱侧木垛之间支设两组单体，单体柱型号为DWX45-150/110，其中一组采用“一梁三柱”形式，每3 根单体配1.2 m 长花边梁支设，单体间距500 mm，一组采用一根单体配0.8 m 长的花边梁支设，两组单体间距1200 mm。在条件受限时，根据现场情况可调整木垛、单体间排距大小，要求单体穿柱靴，设防倒装置，特殊情况可不穿柱靴，防倒使用DN8 钢丝绳进行软连接。

3 实施效果

同忻矿8102 工作面在回采过程中未发生强矿压灾害，两顺槽最大变形集中在超前20 m 范围，最小变形断面为原设计断面的4/5。工作面在采位127.5 m 发生过一次支架增阻现象，对应位置为65～115#架，最大阻力达到 58 MPa，部分安全阀开启，除此之外工作面支架无明显的增阻现象。整个回采过程中工作面煤壁炸帮现象较少发生，工作面一直处于可控的安全开采状态。

4 结语

同忻矿8102 双侧小煤柱孤岛综放工作面开采开创了大同煤田特厚煤层孤岛工作面综放开采的先河，采用小煤柱掘进及综合压力防范措施有效治理了孤岛工作面开采可能会诱发强矿压显现从而造成巷道变形和支护失效等灾害，为大同地区石炭系特厚煤层孤岛工作面综放开采积累了宝贵经验。