孤島煤柱綜放工作面開采專項防沖措施探討

張 嚴

(甘肅靖遠煤電股份有限責任公司 生產技術部，甘肅 白銀 730913)

甘肅靖遠煤電股份有限公司寶積山煤礦708綜放工作面位于礦井西翼，北部為706工作面隔離煤柱、南部為礦權邊界保護煤柱，西部為F706-3斷層，東部為材料上山保護煤柱，工作面屬孤島煤柱開采[1]，其可采走向長545 m，傾向長75 m，可采煤量50.5萬t。工作面距地表垂高530～542 m，單層煤開采，厚度平均11.18 m，傾角平均4°，煤層堅固性系數為2.7。工作面煤層頂底板巖性：煤層偽頂為高炭質泥巖，直接頂為粉砂巖、泥巖層，隨采隨落；老頂為紫紅色為主的雜色、團塊狀細砂巖。

1 礦壓顯現危險區域鑒定

根據工作面煤巖結構影響區域，即老頂的初次破斷階段、工作面“見方”階段、工作面地質構造影響區域、沿空煤柱影響區域、巷道交叉及停采線煤柱影響等因素，總體判定整個工作面在回采過程中都將面臨礦壓動力顯現影響，工作面全部區域屬于一般及以上礦壓動力顯現危險區。當工作面推進時，應根據鉆屑監測鉆屑量變化情況及工作面支架壓力監測計變化情況，及時預警，并采取相應防范措施，直至預警消除，應力恢復正常。

1.1 工作面初次來壓、周期來壓、見方期間礦壓動力顯現防范措施

工作面周期來壓期間礦壓動力顯現防范措施。

1) 工作面初采前安裝KJ24型礦壓監測系統，用于監測回采期間支架工作阻力變化情況，支架壓力云圖顯示周期來壓步距為21 m左右。

2) 周期來壓前，必須保證液壓支架各種閥組、乳化液管接頭等完好，接頂嚴密，初撐力達標，液壓支架成一條直線。檢查所有的單體支柱，保證支柱完好，并符合作業規程要求。

3) 采煤工作面落實好兩道超前150 m卸壓治理措施，卸壓孔參數孔徑133 mm，間距1.5 m，孔口與煤壁垂直距底板1.0 m，順層布置。

4) 在工作面垂直煤幫每隔10架施工一組注水卸壓孔，孔徑94 mm，孔長20～50 m，距底板高度1.5 m；每周在工作面上隅角垂直頂板施工2個直徑42 mm、深度10 m、間距3 m的鉆孔，并進行高壓注水斷頂預裂。

5) 卸壓后要用鉆屑法檢驗卸壓效果，如局部應力集中突顯，需進行多次卸壓直至解危。

1.2 工作面初次來壓期間礦壓動力顯現防范措施

1) 工作面初采前安裝KJ24型礦壓監測系統，用于監測回采期間支架工作阻力變化情況，有利于更準確地推算工作面初次來壓步距。結合相鄰工作面老頂初次垮落步距，本工作面初次垮落步距為43 m。

2) 初次來壓前，必須保證所有的單體支柱完好，液壓支架支護狀態良好，超前支護必須符合作業規程相關要求。

3) 老頂初次來壓前在來壓步距及來壓步距前20 m兩道各施工一組注水鉆孔進行高壓注水預裂。

1.3 工作面“見方”期間礦壓動力顯現防范措施

1) 工作面初采前安裝KJ24型礦壓監測系統，用于監測回采期間支架工作阻力變化情況，結合當天兩道的鉆屑監測數據及時分析，為“見方”期間礦壓動力顯現提供預測。

2) “見方”前后20 m范圍雙排布置卸壓鉆孔(在兩道原卸壓孔上部增加一排)，卸壓孔孔徑133 mm，間距1.5 m，孔口與煤壁底板垂距1.5 m，鉆孔按兩排呈三花眼型交替順層布置。其他兩道注水孔參數、工作面煤幫注水孔、工作面上隅角斷頂預裂孔措施同上。

3) 卸壓后要用鉆屑法檢驗卸壓效果，如局部應力集中突顯，需進行多次卸壓直至解危。

2 礦壓監測

2.1 鉆屑監測

工作面回采期間，其超前支承壓力將隨工作面推進向外轉移，通過沿兩道向工作面煤層打孔進行鉆屑監測[2]，分析確定超前應力分布特征，便于有針對性地采取解危措施。鉆屑監測每天施工一次，每次自開幫線起，在兩道向外每隔15 m布置一個監測點，共布置5個點，單孔深度不小于10 m，即監測范圍為工作面前方75 m，708工作面鉆屑監測鉆孔布置見圖1。

圖1 12315工作面正巷回風流硫化氫濃度變化情況

圖1 708工作面鉆屑監測鉆孔布置示意(m)

參考相鄰綜放工作面鉆屑值，將708工作面鉆屑臨界指標2～5 m暫定3.1 kg/m，6～10 m暫定4.4 kg/m。若鉆屑指標超標，必須提出預警，停止工作面推進，另行制定補充措施，對鉆屑超標段解危處理，直至解除預警。

2.2 工作面及超前支護區域壓力監測

708工作面初采前安裝KJ24型礦壓監測系統，用于監測回采期間支架工作阻力變化情況，推算工作面周期來壓步距。從工作面5號液壓支架起每隔5架安裝1臺YHY60W(A)本安型數字壓力計，對井下工作面支架工作阻力進行實時在線監測。出現壓力突然增大等異常情況時，需作出預警，分析原因，并制定解危措施。

3 解危方案

708工作面回采期間，主要通過實施“大直徑鉆孔+高壓注水”聯合進行卸壓治理[4]。

3.1 大直徑鉆孔卸壓方案

根據寶積山煤礦708工作面煤層實際情況，考慮到理論計算誤差和現場采煤進度，確定孔間距為1.5 m。鉆孔呈單排垂直巷幫布置，距底板1 m，孔徑133 mm，孔深15 m。回風巷右幫向工作面內順煤層施工，左幫距F46斷層面平距超過20 m時，需進行卸壓處理；運輸巷與706運輸巷間留設煤柱平距8 m，已被壓酥形成卸壓保護帶，故不再進行卸壓處理，只對其下幫工作面側施工大直徑鉆孔進行卸壓，鉆孔參數同前，708兩道大直徑卸壓鉆孔布置見圖2。

圖2 708兩道大直徑卸壓鉆孔布置示意(m)

708工作面兩巷道必須提前施工卸壓鉆孔，保證工作面兩道超前150 m卸壓。鉆孔卸壓后要用鉆屑法檢驗卸壓效果，如局部應力集中突顯，需進行多次卸壓直至解危。

3.2 注水卸壓方案

采用動壓注水和靜壓補水的聯合注水系統。利用高壓注水壓裂，軟化工作面煤體從而卸壓解危。

1) 注水孔間距選取為10 m，直徑為94 mm，深度以保證兩巷道注水孔深度穿透工作面為依據，設計孔深為50 m，切頂孔20 m。

2) 注水壓力依照經驗值取5.5 MPa，動壓注水結束后，采用管網壓力(3～5 MPa)靜壓進行補水，根據煤體滲水情況控制單孔注水流量。

3) 每孔動壓平均注水時間42 h；靜壓不計注水時間。

4) 及時進行煤層注水，即施工第二個注水孔時，必須對第一個注水孔進行注水，煤壁已出水或注水壓力下降30%方可停水。

5) 煤層注水效果檢驗：當達到注水時間后，利用鉆屑法進行效果檢驗，確定下一輪注水要求。

兩道注水鉆孔均垂直巷幫布置，孔徑94 mm，組距10 m，距底板1.5 m。每組2個孔，1個順層孔深50 m，1個切頂孔傾角20°，孔深20 m。高壓注水采用BRW125/20型煤層高壓注水泵或7BZ-4.5/16型煤層注水泵，注水范圍在超前工作面80～100 m段，注水壓力5.5 MPa，采用封孔器封孔，封孔器長度2 m，封孔深度不小于5 m，注水期間將注水孔前后10 m區域的卸壓孔用水泥砂漿封填處理，封孔深度2 m，708工作面注水鉆孔剖面見圖3。

圖3 708工作面注水鉆孔剖面示意

3.3 解危效果檢驗

工作面開采過程中，對采取卸壓解危措施的區域通過頂板應力及鉆屑量指標綜合分析判定是否存在礦壓動力顯現的可能性，若不存在這種可能性，則正常生產。若存在礦壓動力顯現的可能性，繼續卸壓解危直至相關指標符合規定。

4 效果評價

通過以上專項防沖措施的實施，較好的保證了寶積山煤礦孤島煤柱708綜放工作面的安全回采，多回收煤碳50.5萬t，取得了較好的安全及經濟效益。