大倾角煤层非沿空护巷炮采工作面下出口无煤柱开采技术应用

摘要：代池坝煤矿炮采工作面下出口在传统方法上都是沿巷道走向每间隔10m顺煤层掘一“八字眼”来作为工作面的下安全出口，该传统做法不但增加了施工“八字眼”期间瓦斯管理的难度及对安全的威胁，同时会造成大量煤炭资源丢失。炮采工作面下出口实施无煤柱开采解决了瓦斯对安全的威胁，提高了煤炭资源回收率。

关键词：大倾角煤层；非沿空护巷；炮采工作面；无煤柱开采技术；回采率；瓦斯 文献标识码：A

中图分类号：TD353 文章编号：1009-2374（2015）35-0143-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.071

1 概述

随着矿井生产能力的提高和开采强度的增大，资源的紧张程度越来越显现出来。为了挖潜现有的煤炭资源，提高矿井资源回收率，将通过无煤柱开采来实现。

2 研究与应用工作面概况

3916工作面位于301采区+391～+320m区段石门以东的9#煤层中，走向长度510m，倾斜平均宽度108m，工作面范围内纯煤厚度一般为0.63m，属较稳定煤层。

9#煤层直接顶为灰色泥岩含煤屑，厚0.50m；老顶为灰色中厚层状泥质粉砂岩，厚9.80m；直接底为薄层状灰黑色泥岩夹煤线，厚3.00m；老底为中厚层状泥岩，下部为粉砂质泥岩，厚3.00m。对大倾角煤层非沿空护巷炮采工作面顶底板及矿压情况进行详细分析研究，选择安全、经济、合理的支护方式和通风方式，解决大倾角工作面矿压显现规律复杂及其带来的生产技术问题，从而提高开采过后巷道整体的完整性。

3 现场工程实测方法观察矿压规律

3.1 测站布置及观测方法

工作面测站布置及观测方法：沿工作面长度方向自上而下布置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个观测站，Ⅰ观测站距离工作面上端头长度为10m，Ⅱ观测站位于工作面中部，Ⅲ测站位于下缺口拐点处，Ⅳ测站位于工作左面下缺口底部，均设置三条观测线。支柱载荷用SY-60A型压力检测仪观测，将压力检测仪与单体液压腔导通，即可从压力检测仪读出单体液压支柱的压强，根据F=PS可以得出支柱的工作阻力。工作面机巷即皮带运输巷测站布置及观测方法：对超前支撑液压支柱载荷和巷道的表面变形进行观测。巷道测点布置方法为单十字布点法。由煤壁开始每5m布置一组顶底及两帮变形量测点，在机巷内设置10对测点，研究范围为距离煤壁50m。顶底板移近量用测杆测取，两帮以尽量用测枪读取。超前支护单体支柱工作阻力每2m设置一个测点，用SY-60A检测仪测读。

3.2 实测结果及其分析

3916工作面矿压测试结果见表1所示，图1列出了工作面单体液压支柱平均工作阻力的分布情况：图2～图3给出了工作面机巷各测点顶底板变形情况和超前单体液压支柱的受力情况，列出了其中具有代表性的部分测点。

由表1和图1可以得出，3916工作面开采后，其采场支架载荷的分布、顶板下沉量、来压显现程度、来压步距等沿采场倾斜方向均不相同，采场上部、中部、下部来压步距分别为16m、18m和21m，整体下部略大于中、上部。通过分析单体支柱的初撑力和工作阻力，不论顶板来压与否，其压力分布沿工作面大致分为上部、中部、下部3个阶段，工作面中部支柱阻力大于上部，下部支柱阻力最小。而与Ⅲ、Ⅳ两个观测相比，下缺口拐角的出现使采场周围应力出现重新分布，Ⅲ测站出现应力集中现象。4个测站阻力大小顺序大致为：Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅳ。

由图2～图3可以得出：机巷顶底板和两帮移近速度以及超前单体液压支柱的工作阻力呈现周期性变化，机巷顶底板移近速度明显大于两帮移近速度，各测点最大顶底板移近速度和两帮移近速度及支柱平均工作阻力均在距离工作面4m左右开始明显变大，8m到达峰值，14m后开始明显变小。因此可以基本确定超前只支撑压力峰值的范围为距离煤壁8～14m范围内。而巷道表面变形速度较大由两个区域组成，28～38m部分和距离煤壁8m以内部分，8m以内部分变化是因为受顶板断裂的影响，而28～38m内主要是因为工作面超前支撑压力的影响。

4 相关结果分析及生产技术难题处理

根据3916采场矿压显现规律来看，工作面下部支承压力与工作面中部上部相比无明显变化。但为避免因拐角处出现的应力集中而造成的工作面压力大，导致片帮严重和支柱压死等，超前缺口的施工必须随掘随支。支护参数为：柱距0.8m、行人侧支柱排拒1.0m、溜煤侧0.9m。所作的缺口内上帮必须用排柴背实，以防煤壁片帮伤人。根据工作面上覆岩层冒落带分布情况以及采空区应力分布情况来看，由于下部垮落空间较小，充填较为密实，对顶板支护作用较大，考虑到3916工作面局部煤层底板为炭质泥岩含透镜体，极易钻底，不能单独采用圆木或单体支柱对下出口采空区顶板进行支护，为增大底板受力面积，防止钻底滑底造成的巷道变形等，采用架设木垛方式支护工作面下出口采空区顶板。

5 技术手段

5.1 无煤柱开采设计

（1）在工作面下端头以45°层面角向东提前施工一宽2m的缺口；（2）距工作面下安全出口20m范围内采用单排单体液压支柱戴帽点柱进行加强支护，柱距为0.8m；（3）工作面下端头距巷道1m处采用长度不低于0.8m圆木架设木垛进行支护。

5.2 缺口支护方法

（1）施工超前缺口时必须做到随掘随支。支护参数为：柱距0.8m、行人侧支柱排距1.0m、溜煤侧0.9m。所作的缺口内上帮必须用排柴背实，以防煤壁片帮伤人；（2）为便于木垛的堆码，所作缺口内的基本柱必须穿柱鞋，以保证底板的完整性；（3）工作面下端头距巷道1m处沿走向采用圆木（直径不低于14cm）架设木垛支护，两木垛间距为0.50m；（4）架设的木垛必须接顶并用木楔打牢。木垛架好后方必须堆码好矸石垫层，矸石垫层（倾斜）长度不低于1.0m，高度必须接顶，以避免回收单体支柱时上方矸石下窜冲垮木垛。

本成果在代池坝煤矿3916工作面的成功开采，解决了非沿空护巷炮采工作面下出口无煤柱开采的超前缺口布置、顶底板控制、支护方式确定等主要技术难题，重要的是缓减了采掘接替矛盾，回收了炮采工作面下端头的全部煤炭，有效提高了矿井煤炭的回采率，降低了煤炭开采成本，对企业发展、提高经济增长起到了促进作用。更重要的是大倾角煤层非沿空护巷炮采工作面下出口无煤柱开采技术研究的成功应用，使工作面下端头不再施工超前行人眼，减少炮采工作面下安全出口管理难度及小眼瓦斯对安全的威胁，从而杜绝了瓦斯事故的发生，带来了不可估量的经济效益和社会效益。

参考文献

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[2] 王文博.近距离煤层联合开采时合理错距的确定[J].矿业安全与环保，1993，（3）.

[3] 侴万禧.近距离煤层采区巷道地压显现特点[J].岩石力学与工程学报，1993，（2）.

作者简介：邓学勇（1968-），男，四川阆中人，川煤集团广旺公司代池坝煤矿总工程师，采矿工程师，研究方向：生产技术管理。

（责任编辑：蒋建华）