复杂地质条件中厚煤层煤柱回采施工技术研究与应用

文/赵尚忠

（作者系冀中能源峰峰集团邯郸市孙庄采矿有限公司董事长、经理，孙庄矿社区管理处处长）

邯郸市孙庄采矿有限公司是一座衰老矿井，近两年来主要靠回收煤柱维持矿井产量，中厚煤层煤柱产量占到矿井产量60%。孙庄矿井地质条件复杂，断层裂隙发育，煤层局部倾角大（最大倾角达40°），在回收中厚煤层煤柱时施工期间遇到的问题比较多，施工难度大，对安全构成了严重威胁，通过对六采区6·2煤柱回采，为衰老矿井在复杂地质条件下中厚煤柱安全回采积累了实践经验。

一、工作面情况简介

6·2煤柱工作面位于井田南翼，西部为村庄保护煤柱，北部、东部和南部为本矿采空区，倾角大（16°～40°）平均倾角 25°；煤柱内裂隙发育，本工作面水平面积117600m2，煤层平均厚度2.9m，容重1.35t/m3，回收率93%。工业储量42.2万吨，可采储量39.2万吨。煤层直接顶板为3.6m左右厚度的黑灰色砂质页岩，其上为6.24m左右的砂岩，构成老顶。直接底板为2.0m左右的砂质页岩，其下为13.0m的砂岩及砂页岩互层。顶底板岩石节理均较发育，直接顶极易垮落。6·2下山煤柱工作面对生产影响较大的1.5m以上断层有9条，其中大于5m的断层有2条，还有许多1.5m以下小断层凌乱的分布在工作面内，造成煤层顶板裂隙发育，完整性差顶板易垮落。

二、主要问题研究及方案设计

1.工作面顶板易垮落，造成工作面顶板支护困难

造成工作面顶板易垮落的原因是煤层直接顶是砂页岩或煤岩互层强度小、易碎、遇水极易溶解等，工作面管理不到位极易发生工作面流碎砟或流稀泥现象，发生冒顶时直接顶大面积垮落后其上面砂岩也极易垮落，同时直接顶上面砂岩遇水后也软化易碎，冒顶高度可达10m以上，对生产构成了严重威胁。

由于上述情况的存在，对工作面顶板管理提出了严格的要求。严格正规操作按规程施工，控制循环进尺，严禁工作面空顶作业，爆破后及时先支护顶板，特别是在局部顶板有淋水的情况下，为防止直接顶遇水溶解后直接下流造成工作面空顶，回采时工作面要摸夹矸回采和采取超前打锚杆维护好顶板，杜绝直接揭露直接顶；根据实际严格控制一次爆破长度，一般情况下顶板破碎处一次爆破不超过3m，爆破后及时支护顶板。如果煤壁片帮不严重只是顶板流砟严重时采用镐刨作业方式，先刨梁窝支护好顶板，然后采用爆破作业；如果煤壁易片帮且顶板流砟严重时采取全部镐刨落煤作业。加强技术管理和抓好现场管理工作，抓好安全隐患排查工作，一旦出现煤壁片帮或顶板流砟情况，及时组织人员针对上述情况分析研究和制定严格的措施并严格按措施施工，把事故消灭在萌芽状态，杜绝顶板事故发生。

2.工作面范围内断层多，严重影响工作面回采

在6·2下山煤柱工作面中有2个断层落差大于5m，断层为正断层沿工作面走向布置，且2个断层均增大了工作面俯采角度，影响了回采。

在回收煤柱时由上所述采用工作面沿走向布置，沿倾向开采，根据该煤柱实际揭露资料，在工作面中部有2个断层落差大于5m，断层方向和煤层走向方向基本一致，在工作面溜子道和运料巷均揭露这2条断层，2个断层将工作面分成三部分。

根据目前孙庄矿回采技术，强制过这2个断层存在困难，一是过断层顶板破碎，同时2条断层均加大了工作面俯采角度，局部俯采角度将达到40°以上，极易发生顶板事故；二是过断层期间局部为全岩严重影响施工；三是由于断层落差大，过断层时间长，过断层期间出砟多，严重影响煤质，影响矿井整体效益。

上述因素的存在，对安全、生产和矿井效益均构成了威胁，为尽可能多回收煤炭资源，采用提前掘巷道时在上块煤断层下盘距断层水平距离3m处为见煤点，同时在断层上盘沿断层走向掘改造切眼。通过合理设计改造巷，只改造断层落差大于5m处，落差小于5m处采取制定措施施工，如工作面通过的第一条断层在靠工作面机头处40m范围内落差为3.5m，则机头附近40m范围内不改造，制定特殊措施施工等。通过采取上述措施保证了安全生产，减轻了过断层时工人劳动强度，少出矸石，多出优质原煤，提高煤质，提高了矿井经济效益。

3.回采工作面俯采，采空区容易涌砟，采空区侧管理难度大

由于采用俯采作业，且局部俯采角度达到30°，在工作面采空区侧采用液压点柱配塑料网和板皮支护顶板和采空区，采空区矸石在重力作用下涌向工作面方向，被液压点柱配塑料网和板皮挡住，如果点柱漏液、点柱不迎山、板皮折或塑料网破裂，均有可能矸石涌向工作面造成事故，特别是在倾角达到30°时工作面爆破期间，这种情况更为严重。

针对上述情况，加大采空区侧支护强度，如在采空区侧加打戗棚戗柱、使用双层塑料网、加大采空区侧板皮密度及加强二次注液和必要时召开专题研讨会等，有效控制了采空区涌砟，实现了安全生产。

4.在小巷运输方面，采取措施，保证安全生产

（1）制作特制简易罐，简易罐高度和宽度分别为0.9m、0.8m，都比矿标准1.5t罐规格小，罐的前进方向敞开（在罐的顶部有一根ф20钢筋将罐的两帮固定），罐的体积小，重量轻，方便运输，严格执行“开车不行人，行人不开车”规定。

（2）将行人与刮板输送机运煤系统分开，上山段刮板输送机采用封闭式管理；在运输巷输送机对面每间隔30m掘一个躲避硐，规格2.0m×1.8m×2.5m，开输送机期间人员可到躲避硐内。

5.在回收该类型煤柱时，由于地质条件复杂，应适度减轻工人的劳动强度

由于采用炮采工艺，工作面推下山，且煤层倾角为16°～40°，因此工作面推下山时应适当调整工作面与煤层走向夹角，控制工作面俯采角度在16°～30°之间，工作面俯采平均角度尽可能控制在20°左右，工作面每向前推进1m，工作面就下降270mm～500mm，平均下降350mm。

从上述条件可以看出，该工作面工人劳动强度大，有些工序还比较落后，因此必须尽可能设计好爆破参数，尽可能减少工人劳动强度。在打眼时底眼距底板300mm，根据煤层倾角情况下俯采角度-18°～-32°，腰眼和顶眼与工作面推下山方向平行，保证爆破后顶板基本不用找顶即可挂梁，同时工作面底部煤爆破效果良好，并强调正规操作，抓好现场管理，合理组织生产，及时根据情况调整施工中存在的问题，保证爆破后2/3煤炭直接装入工作面输送机，减轻工人劳动强度。

三、结论

通过采取上述方案和措施，有效解决了顶板流砟、过断层、老空侧涌砟、小巷运输等影响安全生产问题，同时减轻了工人劳动强度，保证了安全生产，尽可能多回收了煤炭资源，为类似条件下煤柱回收积累了实践经验。