急倾斜工作面跨平硐开采保护煤柱技术

刘建 周忠国 廖其龙

（四川省华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿，四川华蓥 638600）

0.引言

随着煤炭开采深度的增加，煤层赋存条件越来越恶劣，地质条件愈加复杂，煤层倾角越来越大，由于开采技术力量薄弱，采煤工作面在回采至平硐保护煤柱时，工作面将面临跳采，重新布置开切眼以及综采设备的重新回撤及安装，造成部分煤炭资源丢失无法开采，煤炭开采量降低，同时增加了开采成本[1-4]，因此，急倾斜综采工作面跨平硐开采研究显得尤为重要。

1.试验地点概况

绿水洞煤矿322采区位于+350m水平打锣湾背斜西翼，522～561采区下部，南至井田边界保护煤柱，北至350西石门，上限至标高+530m，下限至标高+350m，地面标高+788.4m～+1013.5m，埋深320m～625m，走向长1800m～2450m，倾向长150m～255m，斜面积47.23万m2，地质储量181.2万t（含煤柱18.8万t），可采储量144.9万t（含煤柱15.0万t）。

2.技术方案

方案一：将工作面实行分段开采，分为两个综采工作面，分别在工作面南、北两端布置开切眼，然后布置回采工作面，工作面从两边往中间推进，对+660m平硐保护煤柱进行回采。如此布置回采工作面时，前期准备工期较短，有利于缓解采掘接替。方案二：在工作面南部末端布置开切眼，然后布置回采工作面，工作面推进方向由南向北进行回采，如此布置回采工作面时，随着回采进度的增加煤层倾角将逐渐变小，回采难度逐渐降低，工作面跨+660m平硐保护煤柱进行连续回采，无需跳过保护煤柱重新布置开切眼安装设备，节省开切眼布置及安装时间。方案一的主要优点是前期的准备工期较短，有利于缓解采掘接替，同时根据矿井实际，保护煤柱段回采时可以通过加强采区对应地面沉降观察灵活开采，从而保证回采保护煤柱后不对+660m平硐造成影响，缺点是多施工一条开切眼、工作面多一次安装、回撤，且工作面未能实现连续回采，投入的人力大、材料多、成本高，且丢失部分煤炭资源。方案二的主要优点是在回采推进方向上由南向北连续推进，无需重新施工开切眼安装设备，节省开切眼布置及安装时间，投资小，且增加了煤炭资源回采量；缺点是前期的施工周期较长。方案二相比方案一工程量及投资最少，煤炭资源回采量高，有利于下阶段的工作面布置，故选用方案二。

3.地表移动和变形预计

3.1 地表移动和变形值

根据绿水洞煤矿地质构造资料，若+660m平硐和+790m回风平硐保护煤柱煤炭资源全部开采，充分采动后，地表就产生明显的下沉和移动，会形成下沉盆地，盆地中央地表下沉值达到了最大极限。经计算，+660m平硐形成下沉盆地后地表移动和变形最大下沉值为918mm，主要影响半径70.55m，最大倾斜值13.01mm/m，最大曲率值0.28×10-3/m，最大水平移动值229.5mm，最大水平变形值4.94mm/m，+790m回风平硐形成下沉盆地后地表移动和变形最大下沉值为918mm，主要影响半径142.22m，最大倾斜值6.45mm/m，最大曲率值0.069×10-3/m，最大水平移动值229.5mm，最大水平变形值2.45mm/m。

3.2 采煤工作面开采后采空区完全冒落计算

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中近水体采煤的安全煤岩柱设计方法，经计算，3222采煤工作面回采后冒落带高度为21.78m，裂隙带高度为32.44m。

4.采区井筒保护煤柱开采影响分析

根据对322采区跨+660m平硐开采后，岩层下沉、水平移动变形的预计，下沉盆地内各主断面上的地表变形值均超过了《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的临界变形值，对+660m平硐破坏程度为严重损坏，对+790m回风平硐破坏程度为损坏。

5.平硐煤柱范围

矿井+660m平硐位于322采区上方，将采区分成南北两个部分，压覆了+530m～+350m标高段的煤炭。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》相关要求，作+660m平硐保护煤柱线，+660m平硐两侧各20m，+350m煤层底板等高线，以δ=75°作保护煤柱线，平硐两侧长度210m，煤柱区域面积为35563.62m2。煤层厚度2.5m，原煤视密度1.44t/m3，煤柱量12.80万t。作+790m回风平硐保护煤柱线，+790m回风平硐两侧各20m，+350m煤层底板等高线，以δ=75°作保护煤柱线，平硐两侧长度280m，煤柱区域面积为52632.08m2。煤层厚度2.5m，原煤视密度1.44t/m3，煤柱量18.95万t。

6.技术经济分析

如果保留+790m回风平硐煤柱，322采区就被分成东西两个部分，322采区的轨道上山、行人上山和回风上山均布置于+790m回风平硐煤柱内，322采区共布置3221、3222、3223和3224等4个采煤综采工作面。如果不保留+790m回风平硐煤柱，322采区的轨道上山、行人上山和回风上山均布置于采区北翼的+528m主平硐煤柱内，322采区共布置3222和3224等两个采煤综采工作面。322采区跨+790m回风平硐开采可以回采+790m回风平硐煤柱18.95万t，直接获利6402.82万元。322采区延长服务年限4.2个月。

7.实施效果

（1）322采区上区段跨平硐开采将对矿+790m风机房造成影响，+790m风机房在开采后的塌陷盆地中间，确定了322采区上区段分为两块工作面进行回采，并完成了井巷工程的布置，322采区下区段3223采煤工作面则进行跨平硐开采。

（2）工作面在+660m平硐保护煤柱下开采期间，一是风巷锚棚支架不进行回撤，采用注浆、封闭等方式加强风巷高帮的支护，加固上部煤体，二是结合水力压裂技术及强制放顶等措施对高帮采空区顶板进行管理，及时卸压、充填，防止采动压力对未采部分煤层造成进一步压松垮落。

（3）工作面在+660m平硐保护煤柱下开采期间，通过对+660m平硐相应位置设立的观测点监控巷道变化情况分析，322采区上区段工作面推过保护煤柱时，+660m平硐巷道变形量在0mm～3mm，对+660m平硐的底板、排水沟等均未造成影响。

8.结语

（1）在平硐下保护煤柱的工作面回采，在采煤工作面遇保护煤柱时，在保证工期、有效利用资源的情况下采取相应的安全措施实现工作面连续回采，省去了重新施工开切眼的繁琐，以及工作面搬家、设备重新安装、回撤等时间，避免丢失煤炭资源，提高了回采率及作业安全，对保护煤柱的稳固及采空区悬顶管理；实现了过保护煤柱段的开采工艺，对矿井的采掘接替、煤炭资源的节约都有着积极的作用。

（2）通过对急倾斜工作面跨平硐开采保护煤柱技术研究，对保护煤柱留设的计算提供了经验参数，为以后类似地质条件下应用提供了基础资料，从而实现工作面连续推进，提高煤炭产出量，安全、经济效益明显。