特厚煤层大小煤柱综放工作面实施效果分析

2021-03-22钮红亮

煤 2021年3期

钮红亮

(晋能控股煤业集团，山西大同 037003)

大同矿区特大型矿井现主采煤层均为石炭系3～5号层，煤层平均厚度14.7 m，开采工艺为一次采全厚综采放顶煤工艺，以往工作面间煤柱均在20～40 m之间，属于大煤柱。但在开采过程中，临空巷压力显现严重，顶板下沉、两帮移近、底鼓、超前支护压弯压断乃至出现合口现象，使得安全出口不畅通、人员通过困难、通风阻力加大、通风量不足、安全没有保证[1-3]。文章以同忻矿为例，通过分析实施小煤柱沿空掘巷技术和大煤柱沿空掘巷技术后，临空巷道的矿压显现，彰显出留设小煤柱的比较优势。

1 工程概况

同忻矿3～5号层三盘区已开采3个放顶煤工作面，具体布置见图1，其中8307工作面为首采工作面。受地面村庄保护煤柱限制，工作面在布置时走向长度不一，其中8309工作面走向长度2 885 m，8307工作面走向长度1 400 m，8305工作面走向长度1 007 m。8309工作面和8307工作面间留设38 m的大煤柱，8305工作面和8307工作面间留设6 m的小煤柱。

图1 三盘区工作面布置示意

2 大小煤柱临空巷掘进期间矿压比较

2.1 大煤柱临空巷掘进和待采期间的矿压显现

在8307工作面回采期间，开始掘进8309工作面两巷道，临空巷是回风巷。未与8307工作面回采交汇前，回风巷没有压力，交汇时为了防止压力显现，在回风巷支设了两排木带帽点柱，共支设120根；与8307采空区交汇后，临空压力显现明显，回风巷多处底鼓，影响行车运料，影响设备稳装运输。8309工作面圈出后，在待采期间，8307采空区对临空巷影响巨大，几乎造成整条巷道底鼓、顶板下沉、两帮变形、大量锚索和锚杆断裂，具体现场见图2。

图2 大煤柱掘进待采期间临空巷矿压显现

2.2 小煤柱临空巷掘进待采期间的矿压显现

8305工作面和8307工作面间留设6 m的小煤柱，回风巷临空。在掘进期间，顶板离层仪数据显示以及技术人员的观测中，均没有矿压显现，相比大煤柱而言，矿压显现要小很多。工作面圈出以后临空巷在待采期间矿压显现也较小，没有明显的顶板下沉，两帮位移情况。底板底鼓仅发生在临空巷里程220～420 m之间共计200 m的地段，而且底鼓不严重，还可以行车，小煤柱临空巷掘进待采期间的矿压显现如图3所示。

3 大小煤柱开采时工作面的矿压影响

3.1 8309大煤柱工作面临空巷的矿压显现

8309工作面从切眼至1 485 m段，为两边实煤区，此时8309回风巷未进入8307采空区影响段，回风巷的支护方式采用门式支架进行支护，如图4所示，巷道变形基本没有。当8309工作面进入8307采空区124 m范围时，临空巷压力显现，回风巷门式支架出现弯曲变形，使用困难，如图5所示。

图3 小煤柱掘进待采期间的矿压显现

图4 5309巷未进入8307采空区影响段之前超前支护段巷道变形情况实拍

图5 进入采空区影响段124 m超前支护段巷道变形情况实拍

当8309工作面进入采空区影响范围231 m，门式支架不再使用，变更临空巷的支护方式，采用两排木垛+单体支柱的支护方式。在8309工作面推进至采位2 170 m，此时回风巷进入采空区影响范围为685 m，矿压显现更加明显，主要表现为：从8309工作面采位2 180～2 300 m，这120 m范围内的单体柱打倒、打断、打变形的共计121根。具体现场情况如图6所示。

图6 木垛+单体补强支护后出现的强矿压

3.2 8305小煤柱工作面临空巷的矿压显现

8305工作面切眼就在8307采空区影响范围内，自开采临空巷就采用单体木垛支护。具体如图7所示。

8305工作面整个开采过程中安全出口一直保持畅通，顶底板变形量和两帮变形量均不大，未影响通风和行人，未出现尾安全出口合住的情况，单体和木垛均未损坏，回撤后能够继续使用，能够节省大量的维护费用。

分别比较8309工作面留设38 m大煤柱时，临空巷道在回采期间的变形情况和8305工作面留设6 m小煤柱时，临空巷道在回采期间的变形情况。大小煤柱回采时，临空巷顶底板变形量如图8所示，巷道两帮的变形量如图9所示。

图7 小煤柱开采临空巷的变形情况

图8 大小煤柱开采时巷道顶底板变形量统计

图9 大小煤柱开采时巷道两帮变形量统计

从图8和图9可以明显看出，采用6 m小煤柱护巷比38 m大煤柱护巷，更能缓解两帮和顶底变形，对工作面安全高效开采起到了关键作用。

3.3 大小煤柱开采周期来压及强度比较

8309工作面自开采至结束，共来压70次，平均来压步距38.78 m，最大来压步距为74 m，最小来压步距为22.15 m；8305工作面自开采至结束，共来压43次，平均周期来压步距28.84 m，最大周期来压步距为44.9 m，最小周期来压步距为20.9 m。由此可知，沿空掘巷小煤柱开采比大煤柱开采来压步距短、来压强度弱、来压范围小，说明小煤柱沿空掘巷对缓解顶板来压强度有一定的作用。尾安全出口畅通，保证了行人通道，满足了工作面通风需求。

4 经济效益分析

4.1 维护费用比较

4.1.1 待采期间维护费用

8309工作面回风巷在掘进待采期间变形严重，维护费用高。底鼓并重新起底的范围：里程600～760 m，底鼓30 cm；780～1 840 m,底鼓50 cm；1 900～2 300 m，底鼓70 cm。对这些地段进行了重新起底，当时起底的费用为1 100元/m。起底总费用为167.75万元。锚索断裂320根，补打锚索费用为25.6万元；锚杆断裂1 500根，补打锚杆费用为22.5万元；合计为215.85万元。而8305工作面回风巷锚索锚杆没有断裂发生，仅在底板底鼓地段打底硬化所需费用为27.5万元。比较上述在维护巷道方面投入的经济成本，仅8309回风巷在待采期间的维护成本就比8305回风巷维护成本高出188.35万元。

4.1.2 回采期间维护费用

8309大煤柱工作面临空巷自1 485 m进入8307采空区影响段，到停采结束，共起底米数为580 m；损坏2 m的道木数共计2 670根；1 m的道木数共计4 272根；打断打折损坏的单体柱共计178根。8305小煤柱工作面自开采至停采结束，未出现底鼓显现；未出现损坏的单体柱，尾巷支设的单体柱和道木能够全部回收再利用。起底的费用为1 100元/m，2 m的道木单价为280元，1 m的道木单价为140元，每根单体柱价格为1 300元。可计算8309大煤柱临空巷的维护材料费用为221.51万元，8305小煤柱维护材料费用为0元，小煤柱开采比大煤柱开采节约费用221.51万元。