塔山礦8110特厚煤層綜放工作面80 m停采煤柱的試驗研究

黃彥波

0 引言

大同礦區煤炭開采具有特厚煤層、堅硬頂板的特點，很多煤炭工作者都在致力解決特厚煤層堅硬頂板條件下的安全、高效生產問題[1]。由于煤層厚度大，工作面停采線煤柱留設的寬度直接關系到生產的安全可靠和企業的經濟效益[2-3]。在保證安全生產的前提下，適當的減小煤柱寬度，有利于提高煤炭資源回收率，適應綠色開采新理念，因此，對煤柱的支護也必須進行優化設計，以滿足更高效的生產模式。

塔山礦特厚煤層綜放工作面最初設計的停采保護煤柱寬度為230 m，煤炭損失較大，資源利用率較低。近年來，塔山礦逐步探索不同停采煤柱寬度條件下，研究工作面順槽、盤區大巷壓力顯現情況，總結礦壓顯現規律，逐漸將停采煤柱寬度優化到160 m～180 m，其中在二盤區8201工作面縮短至138 m。為了更好的回收煤炭資源，提高工作面回采率，塔山礦對停采煤柱留設寬度繼續優化，結合工作面實際情況，在一盤區8110工作面試驗留設停采煤柱寬度80 m，并對停采支護設計進行優化。

1 工作面概況

8110工作面位于一盤區中部，東鄰8109工作面采空區，南以1070回風巷為界，聯通1070皮帶巷和輔運巷，西為8111工作面，目前尚未開拓，北為口泉鐵路保護煤柱，對應地面為雙井溝與米馬澗溝上游的山坡和溝谷地段。8110工作面長度為207 m，煤層厚度7.14 m～19.34 m，平均14.70 m，工作面平均走向長度1 945 m。8110工作面所采煤層為3#～5#煤，煤質黑色、半亮型煤，碎塊狀、塊狀、條帶狀結構，弱玻璃光澤、瀝青光澤，水平層理結構。原設計可采走向長度1 715 m，最小停采煤柱為180 m，經優化后最小停采煤柱縮小至80 m。

圖1工作面及停采煤柱示意

2 停采煤柱優化技術措施

8110工作面停采煤柱由180 m縮小至80 m對工作面皮帶機布置、工作面支護、停采線外順槽及盤區大巷支護強度等方面提出了更高的要求，為適應80 m停采煤柱，保證8110工作面順利停采，采取了一系列有效的技術措施。

2.1 工作面皮帶機技術改造

8110工作面2110順槽的停采線位置距1070回風巷80 m，原工作面皮帶大架以及過渡段合計長度超過120 m，其中皮帶機儲帶倉、拉緊裝置、卷帶裝置均使用地腳螺栓固定，固定段長度大于80 m，難以滿足80 m停采線對工作面皮帶機的要求，為保證80 m停采線順利實施，現將工作面皮帶改為簡易皮帶，保證工作面停采不受設備布置影響，實現80 m小煤柱停采。

圖2 8110工作面皮帶機改造示意

將8110工作面原有皮帶機卸載滾筒至普通皮帶架的皮帶全部退后到普通段上，然后除卸載裝置保留外，機頭至普通段的其余部件全部拆除出井，并清理巷道底板。安裝簡易皮帶機，補充安裝調高支腿和普通皮帶實現與原中間部分對接，將退后的膠帶按設計敷設到位對接，以滿足80 m停采煤柱的要求。

8110工作面簡易皮帶機運輸能力與原有皮帶機相同，不制約工作面產量，同時具有以下特點：1.不采用基礎固定，便于膠帶機安裝；2.具有儲帶功能，不影響綜采正常生產；3.利用原皮帶機卸載滾筒、導流裝置和普通段皮帶架，減少皮帶機改造工作量和縮短時間；4、根據計算數據得出結論，簡易皮帶機采用一臺電機驅動，傳動機架與驅動裝置均放在一個大底架上，利用錨桿（要求錨桿長度1米至1.5米之間）現場固定。

2.2 補強支護

為了保證工作面順利安全停采，確保礦井主要生產系統巷道穩定安全，針對8110工作面相關巷道頂板采取措施：

（1）從2110巷采位1 860 m至皮帶頭卸煤點125 m范圍內以及2110運料繞道、回風繞道，使用組合錨索掛網支護：組合錨索排間距為1 600 mm×2 500 mm；

（2）從5110巷采位1 800 m至尾巷風門180 m范圍內以及5110回風繞道，使用組合錨索掛網支護，并在巷道腮角位置使用φ 22 mm×2 500 mm錨桿壓網固定，排間距均為1 600 mm×2 500 mm；

（3）8110工作面對應一盤區回風大巷220 m范圍內使用組合錨索壓網補強，組合錨索排間距1 800 mm×2 000 mm，每排三組組合錨索。

從2017年7月份開始實施8110工作面停采兩巷以及對應回風大巷的補強支護方案，并進行礦壓觀測；回采至11月，礦壓顯現主要表現為兩巷噴漿段漿皮出現裂隙、脫落，頂板壓力無明顯升高，離層儀數據也沒有明顯的提升，回風大巷基本保持穩定，見圖3、圖4，實現了縮短工作面停采保護煤柱至80米的安全停采。

圖3頂板壓力曲線

圖4離層儀位移曲線

3 停采支護優化技術措施

對8110工作面頂板采取了一系列的優化支護措施，在保證工作面在留設80 m停采煤柱條件下安全停采的前提下，節省支護材料，縮短停采支護工期，具體措施如下：

（1）鋪網

工作面推進到距離停采線15 m時，開始鋪設聚酯纖維柔性網，柔性網規格為JD PET600×600MS（網眼43 mm×43 mm）柔性網。

（2）錨索＋組合梁支護

在工作面頂板打十一排錨索鋼帶支護，實現工作面安全停采。第一排距離停采線9.0 m，第二排距離停采線8.2 m，第三排距離停采線7.2 m，第四排距離停采線6.2 m，第五排距離停采線5.2 m，第六排距離停采線4.4 m，第七排距離停采線3.6 m，第八排距離停采線2.8 m，第九排距離停采線2.0 m，第十排距離停采線1.2 m，第十一排距離停采線0.4 m。其中前五排打錨索加4 m長11#礦用工字鋼，工字鋼相互對錯500 mm，間距1.75 m，第一排錨索規格 φ17.8mm×4 300 mm鋼絞線，第二至五排錨索規格 φ17.8 mm×8 300 mm鋼絞線。第六至十一排打錨桿（索）加3.8 m長W鋼帶，其中第六排錨桿規格 φ22 mm×2 500 mm左旋無縱筋螺紋鋼，錨桿間距1.75 m，第七至十一排錨索規格 φ17.8 mm×4 300 mm鋼絞線，間距0.875 m。

圖5 8110工作面停采支護剖面示意

（3）組合錨索、角錨索支護

在支架前梁端頭的機道上方，垂直于工作面煤壁，架設錨索吊掛工字鋼挑梁，錨索的間排距為1.2 m×1.75 m，工字鋼梁長度為4 m，排距1.75 m，錨索使用φ 17.8 mm×8 300 mm。同時，在工作面機道頂板范圍內，支設兩排組合錨索，三花布置，兩排分別布置在第九排與第十排，第十一排與第十二排之間。在工作面機道與煤壁相交處，打設一排角錨索，角錨索使用φ 17.8 mm×3300mm，吊0.8 m工字鋼梁，排距1.75 m。

（4）護幫支護

采用Ф17.8 mm×2 000 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配合8#鐵絲、網孔50 mm×50 mm的菱形金屬網進行支護，每排三根，間排距為1.2 m×1.2 m，距頂板0.3 m，托板使用450 mm×280 mm×4 mm的W鋼護板，加120 mm×120 mm×16 mm高強度預應力拱形托板。

8110工作面停采支護設計將以往停采前17 m鋪網優化為15 m，將原支護設計的13排支護，優化為11排，累計減少2排錨索鋼帶支護。通過優化設計，節省了大量的支護支護材料，縮短了停采支護工期，實踐證明優化停采支護設計后能夠保證8110工作面的安全快速撤退。

4 設備拆除

8110工作面撤退支架是塔山礦首次將頭巷作為撤退路線，在撤退時增加了撤退期間工作面的風量，現場實測在撤架末期工作面風量仍能達到1200 m3/s以上，確保了工作面撤退期間有害氣體不超限；簡化了通風系統，減少通風系統改造工程，取消了以往撤架期間工作面鋪設的一趟鐵風筒，降低停采撤退材料消耗費用。

4.1 設備拆除前的準備工作：

工作面停采后，在工作面尾部和5110巷停采線外50 m煤柱側各打一個絞車窩，滿足設備拆除及泵站的穩放使用。待工作面三機拆除后，在機道底板進行混凝土硬化。工作面在液壓支架撤出前，對工作面泵站系統進行改造，具體在5110巷安裝一套臨時泵站，給工作面液壓支架供液，保證工作面在5110巷泵站系統撤出后撤架時使用。待2110巷設備列車、皮帶、皮帶頭、大架以及皮帶的中間架全部拆出后，在液壓支架的撤出過程中，靠近工作面煤壁側鋪設鐵風筒，使用風筒保護架和木料保證鐵風筒不被機道垮落頂板壓壞。

4.2 設備的拆除順序

需要拆除的設備有順槽頭轉載機及破碎機、順槽皮帶、工作面轉載機及破碎機、泵站列車及動力中心、采煤機一部、工作面前刮板輸送機一部、后部運輸機一部。設備撤退根據運輸路線分為兩個方向進行平行作業，具體如下：

（1）2110巷設備的拆除：

待工作面停采支護結束后，首先退2110順槽皮帶，之后可以平行作業，一組拆除皮帶頭大架、皮帶頭、轉載機及破碎機，以及工作面前運輸機機頭、端頭支架、工作面后運輸機機頭，另一組拆除動力中心及泵站系統；待工作面前運輸機拆除結束后工作面進行鋪底，同時2110巷進行通風系統改造準備工作。

（2）工作面及5110巷設備的拆除：

待工作面停采支護結束后，首先退工作面前后溜子的大鏈，拆除工作面前溜尾，工作面后溜尾可以與采煤機的拆除平行作業，然后拆除前溜中部槽，待前溜拆除結束，可以進行工作面鋪底，同時平行作業拆除工作面后溜中部槽。

待拆除前運輸機尾后，陸續拆除采煤機、前運輸機及后運輸機后半部分，對機道進行鋪底，最后拆除后運輸機前半部分。鋪底結束、通風系統改造完成后，進行撤退工作面液壓支架。

5 應用效果

8110工作面停采支護累計用時12天，工作面設備撤退累計用時19天，從掛網到撤退完畢，累計用時34天，均創塔山礦歷次停采支護、設備撤退工期最短。8110工作面順利實現小煤柱停采，工作面兩順槽、以及回風大巷均未出現明顯的礦壓顯現，實現了80 m停采煤柱的安全停采。對80 m停采煤柱優化停采鋪網、支護設計，節省了大量的柔性網、錨索、鐵風筒及其配套材料（風筒彎頭、圓木、保護架）等支護材料，多生產毛煤30萬噸，創造了顯著的經濟效益。

6 結論

8110工作面通過工作面皮帶機改造、對工作面及相關巷道的補強支護、合理安排設備拆除等手段，成功將停采煤柱減小至80 m。此次在8110工作面成功從頭巷撤退支架，為以后塔山礦及同煤集團其他工作面停采撤退提供了新的思路，在今后工作面設計中，可以考慮特種車輛從頭巷撤退的方案，減少后期巷道、設備改造工程量。實踐表明，8110工作面成功實現80 m停采煤柱的安全、高效停采，用時工期短、消耗材料少，為各特厚煤層綜放工作面的安全停采提供了寶貴經驗。