小煤柱工作面安全開采與圍巖控制技術

＊楊禎龍

（晉能控股煤業集團軒崗煤電有限責任公司梨園河礦 山西 036700）

引言

結合現階段小煤柱工作面的布置現狀來看，采取內部的準備巷道圍巖穩定性是提升生產效率與可靠性的核心，這個過程中除了需要保持工作面與采空區間的支撐之外，還需要進一步做好回采控制，滿足部分回收的需要。這個類型的工作面往往具有工作面踩空區間的基本特征，已經完成開采的工作面往往會處于兩個工作面的中間位置，此時采取上部覆巖層的模式，可以很好的解決圍巖結構問題，積極改善礦壓顯現規律，以此來確保殘留煤柱可以及時、妥善的完成回收任務，確定預留煤柱的尺寸類型，滿足現代化生產的客觀需要。為了進一步探討小煤柱工作面安全開采與圍巖控制技術落實策略，現結合具體工況分析如下。

1.工況概述

本次研究選取某小煤柱工作面作為研究對象，該工作面屬于石炭系3層煤層，所述區域的地質賦存條件優越，厚度達到5～7m，平均水平在5.4m，整體走向平緩，傾角低于3°。內部構造方面，煤層的1～3層主要以泥巖為主，工作面長度達到2400m，主要煤種為半暗型氣煤，整體預留的可回收空間為340萬噸。在工作面覆蓋的區域上，瓦斯的涌出量以及最大涌出量均符合設計標準，可以確保整個生產環節中不存在生產安全風險。工作面的巖層厚度結構當中，頂部為厚度達到5m的煤泥巖、砂泥巖等，老頂的厚度達到7m。

2.工作面安全開采的要求

(1)臨近工作面礦壓檢測

臨近工作面礦壓檢測，對工作面臨近的綜放面進行分析，目前已經完成多個工作面的回采工作。針對8101工作面采取初步壓步距分析，采取必要的回采周期來進行控制。對于正常推進過程中的壓步距要進行合理判斷，根據實際生產經驗選擇20m的壓步距，以此來應對隨時出現的外部現象變化。整個巷道工作面踩空區間臨空巷道會受到上部巖層的壓力限制與影響，采空區間懸梁殘余應力會對巷道內部產生影響，導致部分斷面的高度存在風險，臨空巷則以獨體配合木垛的方式予以支撐，從而達到基本的內部布置要求，為后期實現五梁五柱的設計目標創造了前提條件，此過程中參數方面，排距以及柱間距分別設置為900m、800m，木垛間距設置為6m。

(2)數值模擬

針對8113預采煤柱工作面的空巷構建現狀，采取數值模擬的方式，對垂直應力和工作面的區間變化規律進行分析，隨后根據巷道距離工作面的采空間距進行探討，結合垂直應力與空區距離的變化情況來做出相應的判斷，在距離20m的地方做好峰值的分析，隨后跟著距離的變化而逐步發生新的變化，最終實現趨近于原巖應力值的效果。針對距離工作面0～9m的區域，做好支撐應力的分析，同時也結合具體的工作情況來選取臨空巷留設尺寸，確保數值的可靠性與精準性。

3.小煤柱工作面安全開采與圍巖控制技術的類型

小煤柱工作面安全開采與圍巖控制工作的落實離不開具體的圍巖控制技術合理應用，分別分析如下。

(1)頂板管理

目前臨空巷頂板的管理主要以8104工作面為參考對象，根據實際的處理經驗來進行技術支持，配合單體支柱以及木垛支護來實現管理工作任務。在這個過程中，巷道頂板以及兩幫采取了科學的聯合支護技術手段，通過錨桿、錨索、鋼梁等多技術相互適應的方式，提升了聯合支護的針對性。通過密集大范圍超前支護的布置模式，則能夠很好的解決五梁五柱的布置效果，密集支護的超前管理則應該由50調整到300，體現了頂板管理的優勢與價值。在這個技術方案當中，聯合支護的方案具體參數需要進行明確，左旋無縱肋錨桿的參數為φ22mm×3000mm，間距設置為800mm，錨索選擇φ22mm×8100mm的鋼絞線，間距設置為1100mm。工作面的側錨桿、左旋無縱肋螺紋錨桿等設置同樣參考前期的相關技術標準，間距的設置則應該以最佳間距900mm為設計要求，具體的支護形式參考設計圖紙的相關要求來落實。

(2)水壓致裂弱化圍巖

結合三號層當中工作面針對頂板采取的水壓致裂技術來實施圍巖超前弱化處理，以期能夠達到良好的應力消除目標。通過技術改造，可以很大程度上解決工作面內臨空巷受到巖層壓力與各區參與應力影響的問題，極大的提升了內部的結構可靠性與穩定性。針對8112工作面采取水壓致裂弱化圍巖技術，就需做好鉆孔的分析，采取分別穿過厚煤層的技術，針對厚度為6.8m的關鍵層進行粗砂巖層分析，結合巖層的性質來落實好相關技術內容，設置好想要的鉆孔參數，包括孔深、孔間距都需要提前進行安排，以此來降低后期出現問題的風險。

(3)其他控制技術

小煤柱工作面在整個開采過程中需要做好開鑿的設計與調整，做好整體控制工作。為了確保臨空巷的頂板穩定性，也要同時設計好開鑿過程中的支護強度，以此來確保在洞室設置過程中工作面的煤壁側能夠達到相應的技術標準與控制水平。針對現階段小煤柱工作面出現的全高處理采空區設置情況，需要積極借鑒有益的建設經驗與開采策略，采取必要的阻力架構模式，針對液壓支架的工作阻力進行合理控制，應該高于1.3萬kN，其中尾部的設計應該以應力峰值區域內多支架的方式予以支撐，確保后期使用的實際效果。

4.小煤柱工作面安全開采與圍巖控制技術的應用策略

小煤柱工作面安全開采與圍巖控制技術合理應用，要以安全開采為基本控制目標，更好的落實好各項控制技術，具體的應用策略分析如下。

(1)安全開采措施

安全開采需要以工作面的回采過程控制為基本條件，除了要應對好頂板沖擊地壓的影響，還需要避免礦壓顯現等類型的多種地質風險問題，做好工作面水害、有害有毒氣體與火災隱患等方面的防控工作。針對8113工作面的臨近工作面走向現狀，需要做好走向的合理規劃，包括做好煤柱寬度的設置，根據地質構造的要求做好裂隙發育分析與水流通道的構建，根據工作面的采空區積水情況，做好工作面的滲透管理。結合工作面的回采過程，要對瓦斯、一氧化碳等類型的有害氣體進行釋放與處理，做好工作面內部的局部通風管理問題，針對81111區域內出現的瓦斯聚集以及一氧化碳含量超標問題，需要及時做好煤柱的滲透預留，針對煤炭存在的自燃傾向來做好工作面、工作采空區的控制，確保采空區的漏風防護工作，做到防患于未然，提升整體開采進度的控制效果，避免技術落實過程中出現不可控的因素。

(2)水患治理

水患治理需要考慮到工作面水害的情況，一方面做好積水控制工作，降低積水帶來的負面影響，特別是新工作面回采前要做好小煤柱內部的打孔管理，做好采空區的積水防控；另外一方面，則需要積極完成排水工作后，再通過多種高分子材料來對煤柱的縫隙、區域進行封堵，做好鉆孔封堵控制的針對性處理工作。

(3)瓦斯治理

結合瓦斯治理的規劃與整體要求，做好瓦斯控制與防護工作，其中最為有效的途徑就是針對臨近采空區的有害氣體進行整體防護，使得其能夠得到很好的控制。該過程中，一方面需要做好裂隙的封堵防護，借助于專用的高分子材料進行局部的噴涂與加固，另外一方面則需要通過工作面內部局部通風的方式來對瓦斯、一氧化碳和有害氣體來實施超限控制，針對容易出現低氧問題的區域進行導風，進一步增加工作面的通風效果與供風量，盡可能早日解決通風方面的問題。

(4)防火治理

采取必要的防火治理途徑，針對現階段工作面的回采過程來看，采取一些必要的防火滅火措施是實現防火治理的關鍵。根據過去的治理經驗來看，在回采過程中做好注氮防火措施，能夠很好的解決采空區深部含氧量較高的問題，將其能夠下降到防火墮化指標以下，從而更好的滿足生產技術安全要求與客觀標準，根據生產經驗來看，注氮量應該以800m3/h為宜。結合工作面生產情況，需要對采空區實施撤架后屏蔽操作，采取這樣的方式能夠很好的解決泥漿灌注的問題，通過對密封區域內做好溫度與氧濃度監控等方式，可以在工作面、采空區出現自燃發火期前做好分析控制工作，以此來有效降低火災發生的可能性，必要的注漿與注氮技術升級改造是確保火災防治的基礎，同時也是促進小煤柱工作面安全生產技術與圍巖控制技術得以落實的關鍵。

5.總結

綜上所述，小煤柱工作面安全開采與圍巖控制不但影響到生產效益與產能規劃水平，同時也與安全生產以及資源的綜合利用開發效率密不可分。針對本次研究案例中出現的問題來看，小煤柱工作面安全開采與圍巖控制技術的合理落實離不開良好的頂板管理技術與圍巖控制技術，同時也需要做好后期的安全開采控制與管理活動，盡快落實好安全開采的各項任務，做好水患、瓦斯、防火治理，提升治理的有效性與先進性，為促進行業的穩定快速發展奠定良好的基礎。