雙側(cè)小煤柱孤島綜放工作面壓力防范研究與技術(shù)

鈕紅亮 鈕紅喜

（1.大同煤礦集團(tuán)安全管理監(jiān)察局，山西 大同 037003； 2.大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大公司萬杰煤業(yè)，山西 臨汾 041000）

1 工作面概況

同忻礦石炭系3-5#層8102 孤島工作面為雙側(cè)小煤柱臨空工作面，傾向長度為251 m，可采長度1399 m，平均煤厚16.7 m，可采儲(chǔ)量約850 萬t。該工作面位于一盤區(qū)東側(cè)，蓋山厚度487.9 m，東部為實(shí)煤區(qū)，西部為盤區(qū)大巷，北部為8103 采空區(qū)（已穩(wěn)定6 年），南部為8101 采空區(qū)（已穩(wěn)定8 年），順槽與采空區(qū)間煤柱留設(shè)寬度為6 m。工作面選用ZF21000/27.5/42D 型支架共147 架，采煤機(jī)型號(hào)為艾柯夫SL500AC，前部刮板運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為JTAFC1050，后部刮板運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為JTAFC1050。由于該工作面為大同礦區(qū)第一個(gè)特厚煤層開采的綜放孤島工作面，考慮到開采后形成采場(chǎng)空間較大，再疊加孤島工作面存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，可能會(huì)使本工作面及相鄰工作面采空區(qū)上覆巖層失穩(wěn)，從而會(huì)誘發(fā)強(qiáng)礦壓災(zāi)害。為了預(yù)防工作面可能出現(xiàn)的壓力災(zāi)害，應(yīng)采取有效的壓力防范措施。

2 壓力防范技術(shù)

2.1 鉆孔卸壓

工作面兩順槽采煤幫卸壓孔施工分段進(jìn)行，分為工作面一次見方區(qū)域（前300 m 范圍）和工作面非一次見方區(qū)域。一次見方區(qū)域內(nèi)鉆孔間距小，非一次見方區(qū)域鉆孔間距大，兩順槽總計(jì)約施工3774個(gè)卸壓孔，單個(gè)順槽施工1887 個(gè)卸壓孔，具體分段情況如圖1。

8102 工作面兩順槽采用ZDY4000L 型履帶式全液壓鉆機(jī)在采煤幫施工鉆孔，鉆頭直徑200 mm。

2.1.1 一次見方段卸壓孔參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)幫部變形情況，在第二排支護(hù)和第二排第三排支護(hù)之間施工兩排卸壓鉆孔，詳見圖2 卸壓孔布置圖。鉆孔呈三花眼形式布置，鉆孔間水平距離900 mm，垂直距離700 mm，孔深20 m，用黃泥漿封孔2000 mm，參數(shù)見表1。

圖1 2102 巷分段卸壓示意圖

表1 采煤幫鉆孔參數(shù)表

圖2 一次見方段卸壓孔布置圖

2.1.2 非一次見方卸壓孔參數(shù)

非一次見方區(qū)域在采煤幫第二排支護(hù)和第二排第三排支護(hù)之間施工兩排卸壓鉆孔，如圖3。鉆孔呈三花眼形式布置，鉆孔間水平距離為1800 mm，垂直距離為700 mm，孔深30 m，用黃泥漿封孔2000 mm，參數(shù)見表2。

表2 非一次見方段采煤幫鉆孔參數(shù)表

圖3 非一次見方段卸壓孔布置圖

2.2 2102 巷超前補(bǔ)強(qiáng)及卸壓

（1）鋪設(shè)菱形鉛絲網(wǎng)

2102 巷從采位50 m 開始鋪網(wǎng)，頂板均鋪設(shè)雙層8#菱形鉛絲網(wǎng)，要求頂板雙層網(wǎng)從肩部垂下至少1.1 m。金屬網(wǎng)采用螺母、14#鉛絲和鋼絲繩與原支護(hù)錨桿、錨索和金屬網(wǎng)進(jìn)行固定。

（2）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

根據(jù)以往開采經(jīng)驗(yàn)，同忻礦工作面頂板堅(jiān)硬，不易垮落，來壓距離一般70～80 m，因此方案確定該面從采位50 m 開始對(duì)頂板施工補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采用錨索吊掛工字鋼梁，錨索規(guī)格Φ21.8 mm×8300 mm，工字鋼為5000 mm 長的11#礦用工字鋼，間排距1800 mm×2700 mm，三三三布置，并用150 mm×150 mm×12 mm 的拱形可調(diào)心鋼托板。為了防止頂錨索在強(qiáng)動(dòng)壓情況下撅斷掉落傷人，方案確定使用5000 mm×200 mm×6 mm 的扁鐵對(duì)頂錨索進(jìn)行固定，要求鎖緊扁鐵后，錨索外露長度為150～250 mm。角錨索規(guī)格Φ21.8 mm×4300 mm，并配150 mm×150 mm×12 mm 的拱形可調(diào)心鋼托板，同時(shí)吊600 mm 短節(jié)礦用工字鋼，排距2700 mm。具體2102 巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)如圖4。

（3）起底

為了防止工作面來壓頂?shù)装遄冃芜^大，影響轉(zhuǎn)載機(jī)通過，方案確定從采位50 m 往外起底。起底后保證巷道高度不小于3.3 m，確保轉(zhuǎn)載機(jī)順利通過，隨著串車的遷移逐步往外起底，到回柱絞車處結(jié)束。

（4）卸壓槽

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，確定從采位50 m 到停采線開卸壓槽，位置在單軌吊正下方，卸壓槽中心距離煤柱側(cè)幫1000 mm，規(guī)格為500 mm×600 mm，后期隨著串車遷移，卸壓槽也往外施工。卸壓槽施工完畢，在上面分段鋪設(shè)2000 mm×700 mm×50 mm 鋼板。

圖4 2102 巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)圖

（5）超前支護(hù)

2102 巷為小煤柱臨空巷道，同忻礦確定超前200 m 范圍內(nèi)支設(shè)單體，采用三排單體支設(shè)，單體型號(hào)為DWX45-150/110。采位50 m 往里受到轉(zhuǎn)載機(jī)驅(qū)動(dòng)影響，采用三排單體支護(hù)，均采用一梁兩柱，其中每2 根單體配0.8 m 長花邊梁支設(shè)，單體間距為500 mm，每組間距中對(duì)中為1600 mm。采位為50 m 到停采線因受皮帶和單軌吊的影響，確定在皮帶內(nèi)（工作面?zhèn)龋┲гO(shè)一排單體，該單體距工作面?zhèn)?00 mm；在皮帶與單軌吊之間支設(shè)一排單體，該單體與皮帶邊緣距離300 mm；在單軌吊內(nèi)（煤柱側(cè)）支設(shè)一排單體，該單體與煤柱側(cè)距離300 mm。均采用一梁兩柱，其中每2 根單體配0.8 m 長花邊梁支設(shè)，單體間距500 mm，每組間距中對(duì)中1600 mm，凈間距為800 mm，三排單體對(duì)稱布置。在條件受限時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可調(diào)整單體間排距大小，要求單體穿柱靴，設(shè)防倒裝置，特殊情況可不穿柱靴，防倒使用DN8 鋼絲繩進(jìn)行軟連接。

2.3 5102 巷超前補(bǔ)強(qiáng)及卸壓方案

（1）鋪設(shè)菱形鉛絲網(wǎng)

從采位50 m 往外，頂板掛單層8#菱形鉛絲網(wǎng)，采用螺母和14#鉛絲與原支護(hù)錨桿、錨索和金屬網(wǎng)進(jìn)行固定。

（2）卸壓槽

為有效防止5102 巷在回采期間底鼓變形嚴(yán)重，確定從采位50 m 至停采線開一條卸壓槽，位置偏工作面?zhèn)龋秹翰圻吘壘喙ぷ髅鎮(zhèn)?400 mm，卸壓槽規(guī)格為500 mm×600 mm，隨著單體和木垛的支設(shè)往外施工。當(dāng)卸壓槽施工完畢時(shí)，在上面分段鋪設(shè)鋼板，鋼板規(guī)格2000 mm×700 mm×50 mm。具體施工如圖5。

圖5 5102 巷卸壓槽示意圖

（3）起底

當(dāng)?shù)装遄冃芜^大導(dǎo)致5102 巷單體、木垛傾斜，不能正常支設(shè)時(shí)，開始起底，方案確定從采位50 m往外起底，保證巷道底板的平整度。

（4）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

采位30 m 往里，使用三排單體進(jìn)行支護(hù)，單體柱型號(hào)為DWX45-150/110，采用“一梁一柱”形式，其中每根單體配0.8 m 長的花邊梁支設(shè)，單體間距為1200 mm，排距為1400 mm。采位30 m 往外到停采線，煤柱側(cè)和采煤側(cè)均支設(shè)木垛，間距為1 m，道 木 規(guī) 格 為200 mm×200 mm×1200 mm 和200 mm×200 mm×1000 mm，其中1 m 長方木每層4 根，垂直于巷道布置，1.2 m 長方木每層4 根，順巷道方向布置，兩側(cè)木垛對(duì)稱布置。煤柱側(cè)和采煤側(cè)前后木垛中間支設(shè)6 根單體，單體柱型號(hào)為DWX45-150/110，采用“一梁三柱”形式，其中每3 根單體配1.2 m 長花邊梁支設(shè)，單體間排距500 mm。在卸壓槽與煤柱側(cè)木垛之間支設(shè)兩組單體，單體柱型號(hào)為DWX45-150/110，其中一組采用“一梁三柱”形式，每3 根單體配1.2 m 長花邊梁支設(shè)，單體間距500 mm，一組采用一根單體配0.8 m 長的花邊梁支設(shè)，兩組單體間距1200 mm。在條件受限時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可調(diào)整木垛、單體間排距大小，要求單體穿柱靴，設(shè)防倒裝置，特殊情況可不穿柱靴，防倒使用DN8 鋼絲繩進(jìn)行軟連接。

3 實(shí)施效果

同忻礦8102 工作面在回采過程中未發(fā)生強(qiáng)礦壓災(zāi)害，兩順槽最大變形集中在超前20 m 范圍，最小變形斷面為原設(shè)計(jì)斷面的4/5。工作面在采位127.5 m 發(fā)生過一次支架增阻現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)位置為65～115#架，最大阻力達(dá)到 58 MPa，部分安全閥開啟，除此之外工作面支架無明顯的增阻現(xiàn)象。整個(gè)回采過程中工作面煤壁炸幫現(xiàn)象較少發(fā)生，工作面一直處于可控的安全開采狀態(tài)。

4 結(jié)語

同忻礦8102 雙側(cè)小煤柱孤島綜放工作面開采開創(chuàng)了大同煤田特厚煤層孤島工作面綜放開采的先河，采用小煤柱掘進(jìn)及綜合壓力防范措施有效治理了孤島工作面開采可能會(huì)誘發(fā)強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)從而造成巷道變形和支護(hù)失效等災(zāi)害，為大同地區(qū)石炭系特厚煤層孤島工作面綜放開采積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。