綜放工作面密閉與停采線間保護煤柱留設寬度的探討

聶貴亮

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦，山西 陽泉 045008）

陽泉煤業（集團）股份有限公司一礦井田東西走向長13.5km，南北傾向寬9.8km，井田面積83.6km2，可采煤層為3#、12#、15#煤層，礦井目前開采15#煤層。15#煤層厚度最大值為9.03m，最小值為4.77m，平均6.91m，煤層經鑒定具有自然發火性。15#煤工作面采用一進、一回+高、低位抽采巷的布置方式，綜采放頂煤開采，工作面回采結束后由于工作面密閉與停采線間煤柱留設不合理，多次發生密閉失效、自燃，給礦井安全生產造成重大隱患。

1 工作面自然發火分析

由于工作面采煤方法以綜采放頂煤為主，工作面回采率目前僅能達到約87%，采空區存在一部分殘煤。為了防止工作面采空區自燃火災的發生，要求工作面在回采結束后45d內對工作面進行密閉，而密閉質量及密閉位置的科學設計直接決定能否有效隔絕空氣，降低采空區空氣流動，從而避免工作面采空區自燃的發生。

目前，由于工作面停采線設計不科學、工作面多出煤變更停采線等，致使工作面密閉墻與工作面停采線位置煤柱寬度不合理（特別是通常未考慮采空區裂隙帶發育延伸對高抽閉墻的影響），造成工作面閉墻在工作面礦山壓力和裂隙帶發育作用下，閉墻受壓破損，失去密閉作用或密閉效果不好，造成工作面回采結束后工作面漏風，導致工作面自燃，給礦井安全生產造成很大隱患。

圖1 工作面巷道布置及密閉位置示意圖

2 密閉與停采線煤柱留置寬度分析、計算

目前工作面布置四條巷道，其中工作面進風巷、回風巷、低位抽采巷布置在15#煤層，高位抽采巷布置在15#煤上方12#煤層內，層間距平均45m。由于巷道所處的層位不同，回采結束后采空區礦壓和裂隙帶對不同層位巷道密閉的影響機理各不相同，陽泉礦區15#煤上方高抽密閉效果主要取決于采空區裂隙帶發育延伸作用，而15#煤層本層位巷道密閉的效果主要取決于相鄰采空側礦壓的作用。由于不同層位巷道密閉效果的主要影響因素不同，因此，在密閉位置的設計時，應根據破壞機理的不同，具體分析，區別對待，見圖1所示。

通過兩種方法對工作面密閉位置和停采線間保護煤柱寬度進行科學合理的計算，從而確定工作面密閉與停采線間保護煤柱的合理寬度。具體方法如下：

（1）礦壓觀測法：通過礦壓觀測，統計相鄰采區回風巷煤柱留設寬度與巷道變形情況，確定工作面密閉與停采線間保護煤柱的合理寬度。以一礦為例，參照礦井各采區工作面密閉墻與停采線間煤柱留設不同寬度對密閉墻變形情況觀測統計，工作面停采線與工作面本層位密閉間煤柱寬度在50m以下時，工作面密閉受礦壓壓力作用明顯，且巷道普遍出現不同程度變形移近，密閉墻容易受礦山壓力作用發生破壞。因此在設計停采線時，應結合密閉墻破損與煤柱間距統計數據和保護煤柱計算，將工作面本層位密閉與停采線間保護煤柱的合理寬度設定在L1≥50m；

（2）針對高抽密閉墻的合理寬度，通過觀測和分析，高位抽采巷密閉與采空區裂隙帶的發展延伸位置關系是密閉設計的關鍵，見圖2所示。應通過裂隙帶的計算來確定工作面高位抽采巷密閉與停采線間保護煤柱的合理寬度。

根據陽泉礦區的基巖移動角72°塌陷角經驗值，隨著時間的推移和頂板冒落的不斷變化，確定最終頂板冒落裂隙影響帶的影響范圍，計算出密閉與停采線間距應為：45（根據礦井綜合柱狀圖計算12#、15#煤層巷道層間距約45m，具體工作面根據工作面巷道實際標高計算）÷tan72°=14.6m，取15m。密閉墻的圍護帶寬度取5m（根據采礦設計手冊Ⅳ級建筑物圍護帶預留寬度），則密閉墻與停采線的合理煤柱寬度應為L2=15+5=20m。

圖2 工作面采空區裂隙發育示意圖

通過以上兩種計算，分別確定出工作面上下層巷道密閉墻與工作面停采線合理寬度L1和L2，當工作面停采線與密閉墻的位置均滿足L1和L2的留設條件時，確定出工作面密閉閉墻與停采線間保護煤柱留設的合理寬度，可以有效降低工作面自然發火幾率，保證礦井安全生產。

3 結語

針對綜放工作面回采結束后密閉與停采線間煤柱留設不合理和不規范這一問題，通過兩種方法對工作面密閉位置和停采線間保護煤柱寬度進行科學合理的計算，提出了確定工作面密閉與停采線間煤柱尺寸的留設方法，形成了一套相對完善的密閉留設計算體系，對陽泉礦區密閉位置的合理設計及工作面自然發火的防治具有積極的指導意義。