大傾角煤層非沿空護巷炮采工作面下出口無煤柱開采技術應用

摘要：代池壩煤礦炮采工作面下出口在傳統方法上都是沿巷道走向每間隔10m順煤層掘一“八字眼”來作為工作面的下安全出口，該傳統做法不但增加了施工“八字眼”期間瓦斯管理的難度及對安全的威脅，同時會造成大量煤炭資源丟失。炮采工作面下出口實施無煤柱開采解決了瓦斯對安全的威脅，提高了煤炭資源回收率。

關鍵詞：大傾角煤層；非沿空護巷；炮采工作面；無煤柱開采技術；回采率；瓦斯 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD353 文章編號：1009-2374（2015）35-0143-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.071

1 概述

隨著礦井生產能力的提高和開采強度的增大，資源的緊張程度越來越顯現出來。為了挖潛現有的煤炭資源，提高礦井資源回收率，將通過無煤柱開采來實現。

2 研究與應用工作面概況

3916工作面位于301采區+391～+320m區段石門以東的9#煤層中，走向長度510m，傾斜平均寬度108m，工作面范圍內純煤厚度一般為0.63m，屬較穩定煤層。

9#煤層直接頂為灰色泥巖含煤屑，厚0.50m；老頂為灰色中厚層狀泥質粉砂巖，厚9.80m；直接底為薄層狀灰黑色泥巖夾煤線，厚3.00m；老底為中厚層狀泥巖，下部為粉砂質泥巖，厚3.00m。對大傾角煤層非沿空護巷炮采工作面頂底板及礦壓情況進行詳細分析研究，選擇安全、經濟、合理的支護方式和通風方式，解決大傾角工作面礦壓顯現規律復雜及其帶來的生產技術問題，從而提高開采過后巷道整體的完整性。

3 現場工程實測方法觀察礦壓規律

3.1 測站布置及觀測方法

工作面測站布置及觀測方法：沿工作面長度方向自上而下布置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個觀測站，Ⅰ觀測站距離工作面上端頭長度為10m，Ⅱ觀測站位于工作面中部，Ⅲ測站位于下缺口拐點處，Ⅳ測站位于工作左面下缺口底部，均設置三條觀測線。支柱載荷用SY-60A型壓力檢測儀觀測，將壓力檢測儀與單體液壓腔導通，即可從壓力檢測儀讀出單體液壓支柱的壓強，根據F=PS可以得出支柱的工作阻力。工作面機巷即皮帶運輸巷測站布置及觀測方法：對超前支撐液壓支柱載荷和巷道的表面變形進行觀測。巷道測點布置方法為單十字布點法。由煤壁開始每5m布置一組頂底及兩幫變形量測點，在機巷內設置10對測點，研究范圍為距離煤壁50m。頂底板移近量用測桿測取，兩幫以盡量用測槍讀取。超前支護單體支柱工作阻力每2m設置一個測點，用SY-60A檢測儀測讀。

3.2 實測結果及其分析

3916工作面礦壓測試結果見表1所示，圖1列出了工作面單體液壓支柱平均工作阻力的分布情況：圖2～圖3給出了工作面機巷各測點頂底板變形情況和超前單體液壓支柱的受力情況，列出了其中具有代表性的部分測點。

由表1和圖1可以得出，3916工作面開采后，其采場支架載荷的分布、頂板下沉量、來壓顯現程度、來壓步距等沿采場傾斜方向均不相同，采場上部、中部、下部來壓步距分別為16m、18m和21m，整體下部略大于中、上部。通過分析單體支柱的初撐力和工作阻力，不論頂板來壓與否，其壓力分布沿工作面大致分為上部、中部、下部3個階段，工作面中部支柱阻力大于上部，下部支柱阻力最小。而與Ⅲ、Ⅳ兩個觀測相比，下缺口拐角的出現使采場周圍應力出現重新分布，Ⅲ測站出現應力集中現象。4個測站阻力大小順序大致為：Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅳ。

由圖2～圖3可以得出：機巷頂底板和兩幫移近速度以及超前單體液壓支柱的工作阻力呈現周期性變化，機巷頂底板移近速度明顯大于兩幫移近速度，各測點最大頂底板移近速度和兩幫移近速度及支柱平均工作阻力均在距離工作面4m左右開始明顯變大，8m到達峰值，14m后開始明顯變小。因此可以基本確定超前只支撐壓力峰值的范圍為距離煤壁8～14m范圍內。而巷道表面變形速度較大由兩個區域組成，28～38m部分和距離煤壁8m以內部分，8m以內部分變化是因為受頂板斷裂的影響，而28～38m內主要是因為工作面超前支撐壓力的影響。

4 相關結果分析及生產技術難題處理

根據3916采場礦壓顯現規律來看，工作面下部支承壓力與工作面中部上部相比無明顯變化。但為避免因拐角處出現的應力集中而造成的工作面壓力大，導致片幫嚴重和支柱壓死等，超前缺口的施工必須隨掘隨支。支護參數為：柱距0.8m、行人側支柱排拒1.0m、溜煤側0.9m。所作的缺口內上幫必須用排柴背實，以防煤壁片幫傷人。根據工作面上覆巖層冒落帶分布情況以及采空區應力分布情況來看，由于下部垮落空間較小，充填較為密實，對頂板支護作用較大，考慮到3916工作面局部煤層底板為炭質泥巖含透鏡體，極易鉆底，不能單獨采用圓木或單體支柱對下出口采空區頂板進行支護，為增大底板受力面積，防止鉆底滑底造成的巷道變形等，采用架設木垛方式支護工作面下出口采空區頂板。

5 技術手段

5.1 無煤柱開采設計

（1）在工作面下端頭以45°層面角向東提前施工一寬2m的缺口；（2）距工作面下安全出口20m范圍內采用單排單體液壓支柱戴帽點柱進行加強支護，柱距為0.8m；（3）工作面下端頭距巷道1m處采用長度不低于0.8m圓木架設木垛進行支護。

5.2 缺口支護方法

（1）施工超前缺口時必須做到隨掘隨支。支護參數為：柱距0.8m、行人側支柱排距1.0m、溜煤側0.9m。所作的缺口內上幫必須用排柴背實，以防煤壁片幫傷人；（2）為便于木垛的堆碼，所作缺口內的基本柱必須穿柱鞋，以保證底板的完整性；（3）工作面下端頭距巷道1m處沿走向采用圓木（直徑不低于14cm）架設木垛支護，兩木垛間距為0.50m；（4）架設的木垛必須接頂并用木楔打牢。木垛架好后方必須堆碼好矸石墊層，矸石墊層（傾斜）長度不低于1.0m，高度必須接頂，以避免回收單體支柱時上方矸石下竄沖垮木垛。

本成果在代池壩煤礦3916工作面的成功開采，解決了非沿空護巷炮采工作面下出口無煤柱開采的超前缺口布置、頂底板控制、支護方式確定等主要技術難題，重要的是緩減了采掘接替矛盾，回收了炮采工作面下端頭的全部煤炭，有效提高了礦井煤炭的回采率，降低了煤炭開采成本，對企業發展、提高經濟增長起到了促進作用。更重要的是大傾角煤層非沿空護巷炮采工作面下出口無煤柱開采技術研究的成功應用，使工作面下端頭不再施工超前行人眼，減少炮采工作面下安全出口管理難度及小眼瓦斯對安全的威脅，從而杜絕了瓦斯事故的發生，帶來了不可估量的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 陳中明.近距離薄煤層采用八字形掩護支架[J].煤炭科學技術，1982，（10）.

[2] 王文博.近距離煤層聯合開采時合理錯距的確定[J].礦業安全與環保，1993，（3）.

[3] 侴萬禧.近距離煤層采區巷道地壓顯現特點[J].巖石力學與工程學報，1993，（2）.

作者簡介：鄧學勇（1968-），男，四川閬中人，川煤集團廣旺公司代池壩煤礦總工程師，采礦工程師，研究方向：生產技術管理。

（責任編輯：蔣建華）