燕子山礦小煤柱沿空掘巷技術研究

＊肖雙中

（晉能控股煤業集團有限公司燕子山礦 山西 037037）

1.在掘、將掘小煤柱巷道情況

山4#層5208巷設計長度2698m，與8210工作面煤柱留設5m，斷面寬×高=5.0m×3.5m，鄰面8210工作面正在回采，預計2021年7月初停采，預計5月10日在巷道里程340m處采掘交鋒。巷道支護：頂錨桿6排，錨桿規格：φ22mm×2400mm，排間距=900mm×1800mm，與錨索交替布置，配長鋼帶4800mm×280mm×4mm；幫錨桿4排，錨桿規格：φ22mm×2400mm，配鋼墊片250mm×250mm×10mm；頂錨索6排，錨索規格：φ21.8mm×6300mm，排間距=1000mm×1800mm，與錨桿交替布置，配JW鋼帶3500mm×330mm×6mm。煤柱側噴漿厚度100mm。

C3#層5218巷設計長度2516m，與8216工作面煤柱留設5m，斷面寬×高=5.0m×3.5m，鄰面8216工作面2020年6月份回采結束，穩定期10個月，巷道上覆為采空區，與上覆山4#層層間距為20-25m，巷道支護同山4#層5208巷。

2.影響安全掘進的因素

(1)臨空穩定時間不足，巷道頂板不易控制

領面采空區穩定時間不足，端部覆巖未形成穩定結構，小煤柱沿空掘巷時，巷道易出現強礦壓，造成巷道變形嚴重，影響安全生產。

(2)存在巷道呼吸現象，臨面采空區易自燃

根據山西煤炭工業綜合測定中心對煤自燃傾向性鑒定結果：燕子山礦東區4#煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層，煤層最短自然發火期84天。燕子山礦東區3#煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層，煤層最短自然發火期83天。

觀測表明，采空區中含有CH4、CO2、O2、N2等氣體成分。8216采空區CH4濃度1.7%-3.0%，CO2濃度6.0%-8.3%，O2濃度3%-4%。綜合8216采空區氣體成分綜合分析：若留設小煤柱，當相鄰的工作面開采時，有可能通過隔離小煤柱裂隙，回采過程中為相鄰采空區提供動態供氧條件，為煤炭的氧化與升溫創造了條件。

(3)煤柱裂隙發育，瓦斯易涌出

燕子山礦為低瓦斯礦井，依據2020年瓦斯等級鑒定結果為燕子山礦為瓦斯礦井。礦井瓦斯絕對涌出量為24.02m3/min，二氧化碳絕對涌出量為30.45m3/min；瓦斯相對涌出量為2.34m3/t，二氧化碳相對涌出量為2.97m3/t；采煤面最大絕對瓦斯涌出量為1.87m3/min；掘進面最大絕對瓦斯涌出量為0.31m3/min。3#層8216工作面走向長度為2450m，傾斜長度為180m，平均采高6.5m。該工作面于2020年6月回采結束。山4#層8210工作面走向長度為2750m，傾斜長度為180m，平均采高6.5m。該工作面于2021年6月回采結束。沿空掘巷期間來自采空區浮煤、煤壁及圍巖等處的瓦斯有可能通過小煤柱裂隙泄漏。

(4)煤柱裂隙發育，鄰面采空區低洼處積水易涌出

采空區巷道低洼處易積水，小煤柱沿空掘巷因煤柱裂隙發育，若探放水不及時，采空區積水易通過煤柱涌出。

(5)臨面硐室處煤柱較小，存在貫通可能

小煤柱沿空掘巷工作面遇臨空皮帶頭硐室、絞車硐室等，沿空巷道與硐室間的煤柱寬度僅剩2～3m，上區段工作面回采期間未對硐室進行充填、封閉等處理，調車硐室內的水、火、瓦斯會給小煤柱工作面帶來安全隱患，須對臨空調車硐室采取注漿充填等技術措施確保安全生產。

3.治理措施

(1)頂板方面

①巷道圍巖監測。錨桿錨索測力計：對小煤柱沿空巷道，按照50m一組安裝錨桿錨索測力計，并安排專人進行定期觀測，錨桿錨索受力出現增大現象及時制定相應措施。位移監測：巷道定點進行圍巖位移監測，掌握頂板移近量，兩幫移盡量變化規律。頂離觀測：加強日常頂離觀測，全部觀測記錄統計成冊，分析頂板離層變化規律，并對頂板離層處及時進行鉆孔窺視，采取相應加強支護措施。

②施工卸壓槽。在小煤柱沿空巷道底板施工卸壓槽，通過破壞底板結構、預留變形減弱巷道圍巖礦壓顯現強度。卸壓槽預留了一定的變形空間，能有效吸收巷道底板的水平變形和下部底板的隆起變形，從而減小巷道變形和破壞。

③局部卸壓孔。在局部出現強礦壓區域進行鉆孔卸壓，人為破壞圍巖結構，促使圍巖裂隙發育、塑性區擴展，將高集中應力向圍巖深處轉移，在圍巖破壞的過程中使高應力得到釋放，從而緩解局部巷道強礦壓顯現，保證巷道圍巖穩定。

④切頂卸壓。綜放面端部結構影響著側向支承壓力分布，切頂卸壓可改變綜放面端部結構特征及應力分布規律，減小端部上覆堅硬巖層懸頂面積，縮短端部結構穩定時間。切頂卸壓就是在工作面前方回采巷道實體煤側布置切頂鉆孔，對工作面頂板進行超前預裂切縫，使頂板沿預定方向產生切縫，切斷巷道頂板與實體煤側堅硬頂板之間的力學聯系。隨工作面推進，采空區頂板沿切縫垮落，大幅減小頂板在采空區側的懸露面積，使側向支承壓力峰值降低并向煤體深部轉移，有效增加側向支承壓力降低區范圍，同時縮短綜放面端部結構穩定時間，為沿空巷道掘進創造良好的應力和時間環境。

⑤破碎煤體注漿加固。小煤柱沿空巷道在采掘擾動及斷層等地質構造影響下局部煤體破碎，導致煤柱穩定性下降、錨桿（索）錨固力不足，在采動影響下巷道變形量大幅增加，礦壓顯現明顯。對破碎煤體注漿加固可提高巷道圍巖強度和承載能力，改善錨桿、錨索錨固效果，從而提高巷道圍巖穩定性。

⑥采掘交鋒措施。交鋒相距100m時巷道停掘加強支護，并進行礦壓觀測，交鋒后根據礦壓顯現情況至少200m后方可繼續掘進；交鋒位置前50m和交鋒位置后200m支設單體柱三排，其中兩排跨過皮帶靠煤柱側布置。隨著8210工作面向前移動，單體柱循環向外移動。

(2)氣體治理

①煤柱側噴漿，降低巷道與采空區間的“氣體呼吸”現象。小煤柱沿空掘巷時，對巷道中線至小煤柱側實施噴漿，噴漿厚度100mm，初噴不得滯后于工作面50m，復噴不得滯后于工作面100m，以降低氧氣通過小煤柱裂隙進入采空區的可能。

②加強巷道氣體監測監控。按規定安設各類監控傳感器，監測沿空巷道內瓦斯、一氧化碳濃度，必要時可在臨空硐室等小煤柱寬度變化和破碎區域下風側安設甲烷傳感器；必須定期對監控傳感器進行調校，定期對閉鎖功能進行測試，確保傳感器靈敏，設備功能可靠；沿空巷道回風流中瓦斯濃度超過1.0%時，必須停止工作，撤出人員，切斷工作面電源，采取措施，進行處理。小煤柱沿空掘巷工作面掘采期間，連續監測采空區遺煤自然發火標志性氣體濃度，若濃度上升須采取措施，抑制遺煤氧化自燃。

③煤柱側鋪設注氮管路。小煤柱掘進工作面掘進期間應在煤柱側鋪設注氮管路，注氮管路不得滯后工作面100m，一旦發現鄰近采空區有一氧化碳氣體上升現象，應采取措施，向鄰近采空區實施注氮，消除自然發火隱患。

④加強鉆孔管理及氣體檢測。加強掘進巷道內各類鉆孔的封孔管理，防止瓦斯等有毒有害氣體泄漏。對連通上覆采空區的各類措施孔，使用完畢后必須及時按封孔設計進行封孔，確保封孔質量。

⑤臨面硐室及時充填。小煤柱沿空掘巷鄰近工作面回采過程中，必須對小煤柱側各硐室進行充填處理，避免在小煤柱寬度變化區域形成破碎區域，并在掘進期間需探測調車硐室實際位置。

⑥加強日常巡查管理。瓦斯檢查工必須嚴格執行瓦斯巡回檢查制度和請示報告制度，并及時通風、調度匯報。小煤柱沿空掘巷工作面掘進期間，密切關注巷道與采空區的壓差變化。小煤柱沿空掘巷工作面掘進期間，應加強巷道內氣體檢測，一旦檢測到漏風點及漏風通道，必須及時向通風調度及礦調度匯報情況。相關部門應根據發現的漏風點性質，采取相應的封堵措施。

⑦加強局部通風機及風筒管理，保證風量充足。小煤柱掘進工作面局部通風供風量必須充足，能夠滿足稀釋甲烷、二氧化碳等氣體，并加強日常風筒管理；安設兩臺同等能力的局部通風機，實現“三專兩閉鎖”和“雙風機、雙電源”自動切換，每天進行一次自動切換試驗；嚴格工作面供電管理，杜絕局部通風機無計劃停電停風；局部通風機出現停止運轉后，必須經瓦檢員檢測氣體符合規定后，方可人工開啟。

4.防治水方面

針對小煤柱掘進工作面防治水工作，主要為超前探放水，從以下三個方面開展：

（1）物探。采用瞬變電磁探測法和直流電法井下超前物探，探測巷道前方100m范圍內的低阻體異常區以及分布范圍，對于物探報告中的低阻區域要鉆探驗證安全后方可繼續掘進。

（2）鉆探。對于小煤柱掘進工作面一是有掘必探設計，保證工作面在安全可控的范圍內掘進。二是探測相鄰采空區低洼積水區域，根據巷道底板標高勾畫積水區域，劃定“三線”，超前30m施工鉆孔探測積水區，保證相鄰采空區內積水標高不得高于本巷1m。鉆孔如探通有水，按規定安裝照閥門和返水彎頭；如探通無水，要繼續施工鉆孔再次驗證是否有積水。

鉆孔放水期間要加強水量監測和氣體監測，鉆孔放水結束后，要對比預計積水量和實際放水量之間的差距，必要時補充鉆孔探放，防止鉆孔堵塞造成積水放完的假象發生。

（3）化探。對探放出的水進行化學分析，把水化學分析加入我們數據庫中，進行比對分析。確定出水來源，分析是否有補給，為后續工作開展做好基礎工作。

5.結語

燕子山礦通過對山4#層5208巷、C3#層5218巷小煤柱沿空掘巷采取以上措施，巷道頂底板移近小于100mm，氣體未發生過超限，采空區積水累計排放12300m3，各類管控措施管控有效，巷道日進7-8m，有力的保障礦井的生產銜接。為集團公司其他礦井的小煤柱的正常掘進提供重要參照，具有較大的社會經濟效益。