孤岛煤柱的安全开采技术

于洪涛，谢贵峰，冯 朋

（山东能源肥城矿业集团 曹庄煤矿，山东 肥城271601）

肥城曹庄煤矿已是开采将近50年的老矿井，随着生产能力的提高，可采储量逐年下降，煤炭储量枯竭，近几年为延长矿井服务年限，提高资源回收率，对一些由于受地质构造影响的煤柱工作面进行了开采，采取有效措施回收了孤岛煤柱工作面的煤炭资源，提高了资源回收率，增加了经济效益。

1 工作面概况

1.1 工作面简介

－120m西大巷九层工作面，东侧被斜交逆断层CF24穿切分开，西侧至井田边界煤柱线50m处；南侧为9408、9406、9403工作面（分别于2007年3月、1998年6月、1996年2月回采完毕）；北侧至9802、9800煤柱工作面、9602工作面（分别于2004年5月、2010年4月、2001年12月回采完毕）。该工作面煤9两极厚1.05～1.60m，平均厚1.34 m，f＝1.5，局部含一层0～0.2m的薄层炭质粉砂岩夹石，f＝4，属简单结构、稳定的中厚煤层，煤层倾向N3°W～N29°E，走向变化不大；煤层倾角为11°～22°，平均17°。工作面可采走向长度520m，倾斜长度116m。工作面揭露F2、F3、F4等3条断层，落差分别为0.5m、0.4m、0.6m，对工作面推采有一定影响（见表1）。该工作面采用高档普采进行煤柱回收。

表1 －120m西大巷煤柱工作面断层构造

1.2 工作面顶板类别

直接顶为深灰色粉砂岩，厚度8.77m，质细、性脆，节理发育，下部含菱铁质结核及植物化石，f＝3～4，局部为泥灰岩，致密坚硬，f＝6～8。直接底为深灰色粉砂岩，厚度为0.5m，质细、性脆，节理发育，含植物化石，f＝3～4。直接底下为10－1煤层，厚度为0.5m。本面初垮步距11～15 m，初压步距18～21m，周压步距6～10m。回采期间采用全部跨落法管理顶板。

2 孤岛煤柱工作面开采存在的问题

2.1 矿压问题

随着开采深度的不断增加以及矿井的日益衰老，像孤岛煤柱这类采场将越来越多。孤岛形和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的叠加作用，应力集中，因而在煤柱附近易形成冲击矿压。－120m西大巷煤柱工作面存在冲击地压的可能性，工作面上下端头安全出口以及断层处是压力集中区，将会制约着安全生产。

2.2 断层因素

－120m西大巷九层煤柱工作面断层较多，断层切断了岩层的整体性，对工作面附近的应力再分布有很大影响，工作面开采后，形成侧向支承压力，煤层边缘一定范围内承受的压力较大，动压现象发生的频率就高，断层也是这类工作面开采过程中的重要影响因素。

2.3 片帮的影响

由于工作面周围采空区矿压显现明显，易发生片帮，尤其是发生大面积片帮事故，这就加大了支柱与煤壁之间的端面距。如果不能及时对裸露的顶板支护，容易发生架前冒顶事故，给安全带来隐患，影响正常生产。

2.4 老巷的影响

－120m西大巷九层煤柱工作面老巷较多，由于遗留时间较长，老巷内情况不明，通风管理难度较大，加之为孤岛煤柱，旧巷内顶板压力较大，巷道变形严重，回采期间必须采取相应措施来防止各种事故的发生。

3 孤岛工作面开采的安全技术措施

3.1 工作面顶板管理

（1）工作面支护：本工作面采用齐梁直线柱支护形式。顶梁为正悬臂，使用DZ1.6～1.8型单体液压支柱配合HDJB－1000型金属铰接顶梁支护顶板，顶梁之上铺设尼龙网护顶，隔2架顶梁间套一根3.2m的长钢梁，长钢梁窜使至煤帮，该面柱距为0.70m，排距为1.0m支护密度为1.43根／m2。

（2）两巷道超前支护：超前支护均采用两排DZ2.0～2.5m单体液压支柱配合HDJB－1000型金属铰接顶梁支护，支护时以棚距为准，空肩处要垫实。两巷超前支护距离从煤壁算起均不低于50m，两巷超前支护内的支撑高度均不低于1.6m，排距不小于0.7m。支设超前支护支柱钻底时，铁鞋下加垫双板梁，当工作面两巷中任一巷压力变大顶板破碎时，要及时延长超前支护长度，并采取了在支设超前支护时利用废旧溜槽帮或废旧11＃工字钢架设于巷道原有铁棚棚档的中间加强背顶，这样既保证了顶板的完整性，又维护了巷道的高度，取得了较好的效果。

（3）端头支护：在工作面上、下端头支护范围内各采用6架双楔顶梁支护。双楔顶梁要正悬臂架设，柱距0.65 m，排距1.0m。工作面机头（机尾）、运中巷（上风道）搭接处使用一对4.2m花边长钢梁，两根钢梁间距0.4m，一梁三柱抬住运中巷（上帮）上风道（下帮）棚头，并随工作面推进交替前移使用，保证了上下端头两安全出口的有效高度。

3.2 对老巷道的处理

由于回采工作面内部老巷道较多，且层位不一，因此回采前必须将所有老巷分析清楚，以便根据不同层位巷道采取不同措施，特别是穿层巷道必须进行摆木垛处理，岩柱小于2.5m的老巷范围隔两根顶梁间套一根3.2m长钢梁。在煤层中的老巷，顶板完整时，采取支设双排戴帽点柱的方式，排距1m，以钢筋梯或铁棚间距为柱距进行支护；顶板破碎时，采取与工作面垂直方向支设金属铰接顶梁的方式控制顶板。与工作面垂直的老巷过老巷范围在煤层中时，沿巷道方向支设双排超前支护，在老巷出口上下帮各支设一对4.2m长钢梁交替迈步前移加强支护。

3.3 对断层、片帮严重的处理

当工作面遇断层、片帮严重导致空顶面积大时，应采取爆破预挂顶梁和隔两架顶梁套使一根3.2m长钢梁方式超前控制顶板，采煤机必须放慢牵引速度，紧跟采煤机滚筒挂顶梁支设临时支柱，并用方子木背严背实顶梁，其次要避开顶板破碎处，应选在顶板完好处吃刀。当地质条件变化，支柱变形严重时，根据支柱的变形方向加支反向趄柱或倾向戗棚增加支柱的整体性来维护好顶板。

4 结语

－120m西大巷九层工作面通过以上行之有效的措施，用高档普采进行孤岛煤柱的开采，取得了成功，为曹庄煤矿在此区域挖潜回收煤炭资源起到重要作用，为矿井原煤产量的稳定做出了较大贡献。不仅为企业创造了显著的经济效益，更为以后开采类似工作面积累了宝贵的经验。

〔1〕刘建军，杨立国 .孤岛窄条煤柱开采实践〔J〕.水力采煤与管道运输，2006，（12）：23－25.

〔2〕董昌伟 .孤岛工作面沿空掘巷支护技术〔J〕.现代矿业，2011，（7）：102－104.

〔3〕赵天平 .仰采孤岛工作面遭遇复合顶板的回采方法〔J〕.煤矿安全，2004，（9）：24－25.

〔4〕杜计平，孟宪锐 .采矿学〔M〕.徐州：中国矿业大学出版社，2009.