綜采工作面臨空巷道變形治理對策

李 騰

(大同煤礦集團 綜采辦公室，山西 大同 037003)

綜采工作面臨空巷道變形一直是困擾煤炭行業的世界性難題，為了有效解決該問題，本文以大同煤礦集團所屬煤礦為研究對象，選取了50座煤礦的68個綜采工作面，進行了臨空巷道變形情況統計分析，這些煤礦地跨大同、朔州、忻州、臨汾、運城，分別屬于大同煤田、寧武煤田、河東煤田，本文通過對這些工作面存在問題原因分析和治理經驗的總結，提出了綜合治理理念。

1 臨空巷道變形現狀及分析

依據本次統計結果，68個工作面中共有21個工作面存在不同程度的臨空巷道變形問題，這些工作面既有布置在“兩硬煤層”，又有布置在“三軟煤層”，工作面開采深度為125～407 m之間，變形范圍為巷道設計斷面的20%～62%。通過調查發現，這21個綜采工作面在治理巷道變形問題上多數采取的措施比較單一，主要的手段是加強支護，如補打錨索，增加單體支柱支護數量，搭設木垛和堆柱等，并沒有去積極采取一些卸壓措施，最終導致現場治理效果不理想。

2 臨空巷道變形的治理對策

針對臨空巷道變形發生機理，本文提出了“科學設計、合理支卸、嚴管現場”的治理理念[1-2]，即從三個方面入手，來有效解決臨空巷道變形問題。

2.1 科學設計

科學設計，即從設計上實現避壓讓壓、從部署上實現“跳采”、從工藝上實現“小(無)煤柱技術”，從源頭把控，規避采掘交鋒、臨空穩定期短以及鄰近層動壓影響等問題。

1) 設計上實現避讓，遠離應力集中區。主要是：工作面巷道盡可能與最大主應力方向平行布置；巷道布置要避開上覆煤柱應力集中區段；巷道布置盡量避開大斷層、陷落柱以及褶曲等地質構造帶。

2) 科學進行跳采，增加臨空穩定期。主要是：根據礦井生產格局，例如儲量、采區布置數量、單雙翼開采形式等情況選擇不同的跳采方式，單翼布置的采區實現采區內兩端跳采；雙翼布置的采區實現兩翼跳采或是兩翼兩端跳采；多采區的實現采區間的跳采。另外對于資源儲量豐富的新開拓采區，應在采區中部選擇首采面，以首采面為基點兩側跳采，避免出現孤島工作面。

3) 采用小(無)煤柱工藝，將臨空巷道布置在采空應力影響降低區域。實施過程中，在綜合考慮通風、防滅火、防治水等因素的基礎上，確保煤柱尺寸的合理性。小煤柱工藝以塔山礦回采完的8204-1綜放工作面為例，該工作面有一側的煤柱有一個由大變小的過程，通過現場監測發現，煤柱寬度較小時，巷道圍巖較穩定，隨著煤柱寬度的增大，超過合理值時，應力會突然明顯增大，現場實踐表明對于特厚煤層綜放工作面，臨空巷道留設6～8 m小煤柱可有效減少巷道變形。無煤柱工藝以塔山礦回采8304和8305無煤柱綜采工作面為例，采用了沿空留巷技術，不僅少掘了一條巷道，而且所留巷道幾乎無變形現象，技術經濟效果顯著，現場實踐表明對于中厚煤層，在條件允許的情況下實施無煤柱工藝可消除臨空巷道變形問題。

2.2 合理支卸

合理支卸，即采取合理的強支措施的同時還要輔助可行的卸壓方案。

1) 采取合理的強支措施加強支護巷道。在受動壓影響的巷道，煤巖結構和支護被破壞的情況下，存在發生局部冒頂以及巷道合口等重大隱患。此種情況下必須按照強支護理論來加強支護?！皬娭А币话悴扇〉氖羌用苠^桿、錨索、單體支護以及增加堆柱、木垛、U型鋼棚、超前液壓支架等措施。需要注意的是木垛支護不能代替單體支護，僅能在部分區域輔助單體支護。一方面是因為木垛屬被動等壓的支護，僅依靠木垛支護頂板基本處于無支護狀態，極易造成頂板下沉變形；另一方面是因為一般情況下木垛支護間距在約2m，隨著工作面推進，在超前范圍剛拆除木垛時，該區域會出現約3～4m的空頂區域，在超前支承壓力影響下，不利于巷道的頂板管理。因此綜采面臨空巷道超前區域補強支護不能僅僅依靠木垛支護，還要采用加密單體支護(一梁四柱)的形式，通過單體柱的主動支護，切實達到維護頂板的效果。

2) 采取可行的卸壓方案，就是指選擇切實可行的卸壓手段，有效緩解臨空側向懸板支承壓力、底鼓及超前應力集中等強礦壓顯現影響。一般情況下，主要從三個方面實施卸壓措施：一是針對超前底鼓問題，應采取鉆孔卸壓、爆破卸壓、開掘卸壓槽等解危措施，降低應力集中；二是要在本工作面巷道通過深孔預裂爆破、水壓致裂以及比較先進的二氧化碳預裂爆破等手段提前進行斷頂卸壓，以緩解臨空殘余邊緣支承壓力對巷道的影響，確保下一個相鄰工作面臨空巷道圍巖的整體穩定性；三是加強端頭退錨工作，人工減小并控制工作面兩端頭懸板面積，一定程度上減弱巷道超前壓力顯現。需要注意的是工作面出現頂板超前煤壁斷裂造成圍巖破碎嚴重與支架距煤幫距離較小影響正常通風等問題時，要注意割煤工藝工序的管理，同時要停止對該區域的卸壓措施，必要時還要加強支護，確保周期來壓滯后工作面發生，頂板在采空區范圍斷裂，為工作面安全生產提供保障。

2.3 嚴管現場

加強現場管理，主要是指在抓好日常工程質量的基礎上，對部分細節點要注意強化管理。加強支護質量管理，確保支架接頂嚴密、初撐力合格，尤其是工作面頭尾20架支架必須要保證升緊、升牢，同時要保證端頭支護、關門柱以及超前支護等規范有效。實施補強支護、水壓致裂、卸壓孔、卸壓槽、二氧化碳預裂以及地面壓裂等支卸措施時，必須要嚴格按照方案設計要求的參數施工，確保真正起到卸壓效果。在巷道修復時，要保證按措施施工，既要保證作業安全，又要保證巷道高度，以符合行人、運輸、通風及端頭支架正常前移的要求。

本文提出的“科學設計、合理支卸、嚴管現場”的臨空巷道變形治理理念，能夠使工作面臨空巷道變形問題在不同程度上得到治理和緩解，尤其對新設計和投產的綜采工作面更要從源頭上抓起以消除該問題。對同類型礦井的工作面有借鑒意義。