鄰近斷層工作面跨大巷開采方案選擇

李樹人

（山東宏河控股集團有限公司，山東 鄒城 273500）

煤炭資源開采過程中，服務年限較長的大巷，如運輸大巷和軌道大巷，一般布置在穩定巖層當中，如細砂巖、粉砂巖等。煤層開采過程中，由于大巷與煤層所處空間層位不同，往往產生跨大巷開采問題。當工作面附近存在斷層等地質構造時，跨大巷開采問題變得尤為復雜，面臨跨大巷開采可行性和工作面順槽布置雙重難題[1-2]。

以紅旗煤礦鄰近大型斷層的3161 工作面開采為工程背景，論證了跨大巷開采的可行性，設計了開采技術方案，并成功進行了工程實踐，對類似條件下的跨大巷開采問題具有指導和借鑒意義。

1 工程地質概況

1.1 工程地質條件

（1）工作面位置

紅旗煤礦位于山東省嘉祥縣，3161 工作面位于31 采區，在F23 斷層以西，31 軌道巷西南，DF1斷層以東，F6-2 斷層、南翼大巷東北側，開采區域相對較小。3161 工作面西南側，南翼帶式輸送機大巷和軌道大巷位于3 煤層大巷保護煤柱和F6-2 斷層防水煤柱下部。工作面布置如圖1。

圖1 3161 工作面平面位置圖

（2）煤層及頂底板情況

3161 工作面開采3 煤層，煤層傾角2°～6°，厚度4.0～4.8 m。根據K6-3 及K6-2 鉆孔，頂板巖性以粉砂巖為主，底板以泥巖及細砂巖為主。

（3）地質構造

3161 工作面地質構造較為復雜，位于F23、F6-2、DF1 三條斷層中間。F6-2 為大型正斷層，工作面位于斷層下盤，開采范圍內斷層傾角約70°，斷層落差約80 m。

1.2 工作面開采工程技術難題

根據相關規定：F6-2 斷層3 煤層斷層防水煤柱50 m，3 煤層大巷保護煤柱30 m。按照上述規定，設計3161 工作面的初步開采方案，工作面的斜長僅為60 m，如圖2。

圖2 3161 工作面初步設計開采方案

2019 年7 月，山東宏河控股集團有限公司對《山東宏河控股集團嘉祥紅旗煤礦有限公司F6、F6-2 斷層防隔水煤（巖）柱設計方案》進行了論證，即：F6-2 斷層兩側3 煤層可不留設防隔水煤（巖）柱。而原3161 工作面南側留設的煤柱寬度達80 m，初步設計開采設計方案嚴重浪費煤炭資源。

由此，在保證安全的前提下，盡可能地加大工作面斜長，以期最大限度地開采煤炭資源是該工作面開采面臨的主要問題，盡可能地減小3161 工作面運輸順槽側的80 m 煤柱。如此以來，將面臨以下兩個問題：跨南翼大巷開采安全可行性問題；工作面運輸順槽布置位置。

2 工作面跨大巷開采可行性分析

工作面下部南翼帶大巷在工作面開采過程中始終受到超前支承壓力的影響，超前支承壓力對底板產生一定深度的破壞。為保證南翼大巷的安全穩定性，必須保證工作面底板至大巷頂板范圍內存在一定厚度的完整巖層[3-4]。

根據鄰近3112 工作面開采情況，實測工作面開采底板最大擾動深度為11.2 m。根據圖2，南翼帶式輸送機大巷距工作面煤層底板37.1 m，軌道大巷距工作面煤層底板42.6 m，遠大于底板最大擾動深度，認為3161 工作面跨采南翼大巷開采是安全可行的。

3 工作面開采方案設計

根據南翼帶式輸送機大巷、軌道大巷與3161工作面運輸順槽的空間位置關系，除原有設計方案外，可有以下五種開采技術方案。

3.1 南翼帶式輸送機大巷外錯

將3161 工作面運輸順槽布置在3 煤層大巷保護煤柱內，即減小3 煤層大巷保護煤柱，如圖3。

圖3 開采技術方案一

3.2 南翼帶式輸送機大巷與運輸順槽重疊

將3161 工作面運輸順槽布置在南翼帶式輸送機大巷的正上方，兩者重疊布置，實質是3 煤層大巷保護煤柱完全開采，不再留設，如圖4。

圖4 開采技術方案二

3.3 南翼帶式輸送內錯

將3161 工作面運輸順槽布置在斷層防水煤柱內，且在南翼帶式輸送機大巷和軌道大巷之間，實質就是不留設大巷保護煤柱，且一定程度上減小斷層防水煤柱，如圖5。

圖5 開采技術方案三

3.4 軌道大巷與運輸順槽重疊

將3161 工作面運輸順槽布置在軌道運輸大巷正上方，其實質是不留設3 煤大巷保護煤柱，且較大限度地減小斷層防水煤柱，如圖6。

圖6 開采技術方案四

3.5 輸送機大巷和軌道大巷均內錯

將3161 運輸順槽布置在軌道大巷與F6-2 斷層之間，實質是不留設大巷保護煤柱，同時最大限度地減小斷層防水煤柱，如圖7。

圖7 開采技術方案五

4 工程實踐

4.1 開采方案經濟安全性比較

從經濟性（開采煤炭資源量）、技術安全性上對3161 工作面原有和設計的五種開采技術方案進行比較，以確定最優開采技術方案。

（1）經濟性

3161 工作面走向推進距離相同，各開采技術方案主要差異體現在工作面斜長上，具體見表1。工作面開采斜長由原有方案的60 m，逐步增加至方案五的140 m。由此，從原有技術方案至方案五的經濟性逐步增強。

表1 各開采技術方案工作面斜長

（2）技術安全性

原有技術方案是最安全合理的，但嚴重浪費煤炭資源。其他開采技術方案最大的區別就是下部南翼帶式輸送機大巷、軌道大巷與3161 工作面運輸順槽間的空間層位關系：內錯布置、重疊布置和外錯布置[5-6]。根據礦山壓力及送巷理論，一般而言，內錯布置優于重疊布置，優于外錯布置。

4.2 最優開采技術方案

考慮到F6-2 斷層為大型斷層，為保證開采期間下部軌道大巷和順槽的安全性，必須留設一定寬度的斷層保護煤柱，且根據已有工程實踐，寬度應在20 m 以上，為此確定方案三為最優開采技術方案。

為切實保證下部大巷的穩定性，應盡量保證工作面開采后下部帶式輸送機大巷位于卸壓區內，軌道大巷側有足夠寬的保護煤柱。根據相鄰工作面3112 礦壓顯現規律，設計順槽位置相對于帶式輸送機大巷外錯5 m，具體見方案三示意圖圖5。

4.3 工程實踐應用效果

當前3161 工作面已回采完畢8 個月，開采過程中，下部軌道、帶式輸送機大巷頂底板和兩幫變形量整體較小，均小于10 mm，在允許范圍內，證明采用的開采技術方案是合理可行的。

5 結論

（1）根據工作面底板擾動最大范圍11.2 m，遠小于工作面底板至下部大巷的距離，確定工作面跨大巷開采是安全可行的。

（2）根據大巷與工作面運輸順槽的空間層位關系，設計了五種可行的開采技術方案，通過經濟和技術安全性比較，確定順槽位置相對于帶式輸送機大巷外錯5 m 為最優技術方案。

（3）開采技術方案現場工程實踐效果良好，工作面開采過程中大巷頂板幫和兩幫變形量均小于

10 mm。