塔山山4#层密集卸压孔切顶卸压小煤柱开采技术

尉永邦

（大同煤矿集团雁崖煤业有限公司，山西大同，037003）

0 引言

我国煤矿大多数采用留设煤柱的方式维护采区巷道，煤炭回收率低、采掘比高、大量的煤炭资源浪费，煤柱损失量一般能占到全矿煤炭损总量的40%左右。此外，护巷煤柱在工作面回采后会形成较高的应力集中，极易引发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害，有时甚至还会诱发采空区煤炭自燃发火等现象[1-4]。

塔山三盘区山4#层8310 工作面采用的小煤柱孤岛开采技术，针对深部开采复杂条件，通过密集孔卸压，切断顶板的应力传递路径，减少采空区侧煤体受到回采动压的影响，保护巷道的完整性，实现小煤柱孤岛开采开采。

1 背景资料

井下位置及四邻采掘情况：工作面位于三盘区西翼。工作面北部为8309 工作面、已采空，南部为8311工作面、已采空，东部为三盘区西翼盘区巷，西部隔40 m煤柱与挖金湾井田山4#层8201工作面相邻。工作面对应上覆煤层为挖金湾井田侏罗系8#、9#、11-2、14-3层404 盘区采空区，于1974 年～1983 年仓房式与长臂式方法采空。

2 密集卸压孔切顶卸压

为适应工作面小煤柱开采，需要在工作面巷道巷及切巷打孔卸压，以便在工作面采煤时，顶板垮落及时，减小采空区悬臂梁跨度，具体施工内容如下。

2.1 密集卸压孔布置及施工

（1）设计施工2310巷及5310巷卸压孔：

2310 巷与5310 巷分别距8310 切巷工作面帮15 m、45 m、200 m、220 m、240 m、260 m 处垂直巷道各施工六排卸压孔，六排卸压孔布置方式相同。

2310巷与5310巷分别距煤柱侧0.3 m处沿着巷道施工一排卸压孔，共计826 m、836 m（从切巷工作面帮到停采线）。见图1～3。卸压孔间距：2310 巷与5310巷垂直巷道施工的卸压孔，间距为0.25 m；2310、5310巷沿着巷道煤柱侧施工的卸压孔，间距为0.2 m，2310巷与5310巷卸压孔深度为8 m，直径为30 mm。

（2）施工8310工作面切巷古塘侧卸压孔

施工位置：8310工作面切巷采空侧顶板距采空帮0.3 m处施工一排卸压孔见图4。卸压孔间距为0.3 m，钻孔方向大于88°，8310 工作面切巷卸压孔深度为8 m，直径为30 mm。

图1 8310工作面顺槽卸压孔位置示意图

图2 2310巷卸压孔断面图

图3 5310巷卸压孔断面图

图4 8310工作面切眼卸压孔断面图

2.2密集卸压孔施工设备

（1）施工工具：打眼采用MQT-130/3.0型气动锚杆钻机钻孔。

（2）采用MQT-130/3.0型气动锚杆钻机打眼时，一人操作钻具，两人接换杆，用1 m杆钻够深度后，再加1根杆，如此循环，当眼深打够后逐节退杆，进行下一个卸压孔的施工。

采用类比法根据地质说明书的钻孔柱状资料分析以及邻近巷道的支护经验，确定巷道采用锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护。

2.2 补强支护

由于考虑到工作面两侧保护煤柱回采期间煤柱帮位移变形（巷宽变形量为0.6 m～0.8 m），进行巷道补强支护：

（1）山4#8310工作面为孤岛工作面，为保证工作面两顺槽支护强度，减少巷道围岩变形，设计在2310、5310巷进行支护补强。

（2）在原有支护基础上，在巷道正中每隔3 m施工一根单锚索。

（3）施工范围：2310 巷从8310 工作面开切眼开始到8310 停采线停采线位置（836 m）；5310 巷从开切眼开始到采位520 m。

（4）锚索规格：L=9 000 mm；φ 21.8 mm；间距3 000 mm

根据原三机配套设计，胶带输送机稳装靠保护煤柱侧，为保障工作面安全作业宽度，现稳装在工作面煤壁侧，后期配套瓦斯抽放管路。

3 围岩控制方法

（1）优化巷道支护参数，确保支护合理可靠。严格贯彻“一面一策、分段式支护、特殊地点特殊支护”的原则，在巷道掘进中施工顶板窥视孔，使用CXK12 窥视仪进行窥视分析顶板岩性，根据顶板岩性情况及时调整支护参数，为有效支护提供可靠保障。

（2）及时支护，确保支护质量。小煤柱巷道临空掘进，为防止巷道炸帮现象，严格执行“一掘一支”制度，保证迎头支护安全可靠，顶帮支护紧跟工作面，同时要保证支护质量达到锚杆（索）设计锚固力及预紧力，严禁超控顶作业。

（3）在巷道煤柱侧支设一排信号柱，宏观观测顶板压力变化。在临空掘进过程中煤柱侧每10 m支设1根信号柱，若信号柱有变化，进行分析制定方案采取措施。

4 数据分析

在小煤柱掘进期间，巷道安设顶板离层仪、锚杆锚索测力计和布置十字测点等方法，通过巷道监测仪器及实测数据变化情况，分析小煤柱巷道顶板围岩应力变化规律。具体如下：

（1）顶板离层仪数据

巷道顶板的中部安装YHW300 顶板离层仪，在特殊地段增设顶板离层仪，一般顶板离层仪的浅基点固定在锚杆端部位置，深基点固定在锚索上方稳定岩层内300 mm～500 mm处，若无稳定岩层，深基点固定在顶板中的深度应不小于巷道跨度的1.5倍。

在掘进小煤柱巷道时，通过对顶板离层仪数据观察分析，临空掘进巷道观测范围内未出现离层现象。

（2）锚杆（索）测力计围岩数据

为监测小煤柱巷道顶板锚杆（索）支护受力监测变化情况，要求巷道每50 m 安设一组锚杆（索）测力计（锚杆和锚索交替安装），距掘进工作面50 m 以内，每天至少观测一次，其它情况每周至少观测一次，观测数据要详细记录并及时分析，取5310巷监测数据见表。

表1 5310巷监测数据

巷道540 m 处为断层，从表中可以看出监测到断层位置明显有围岩应力，所以要加强地质构造地点支护，整体可以看出巷道无变形。

（3）十字测点布置数据

巷道表面位移采用十字测点法安设测站，每个测站至少安设两个监测断面，监测断面之间的距离不大于两排锚杆间距，基点安设牢固，观测点每旬观测一次，并做好记录。取5310巷表面位移数据见下表。

表2 5310巷表面位移数据

从表中可以看出，小煤柱沿空掘进巷道变化量小，在可控范围内，实际掘巷过程中巷道局部出现炸帮现象，其它均无变化。

5 应用效果

深入研究小煤柱开采技术，进行小煤柱孤岛工作面回采，可以有效缓解采掘衔接紧张局面，最大限度实现盘区内工作面跳采及煤炭资源的回收率，煤炭资源回收率提高10%，多回收煤炭资源9.1万t。

6 结论

（1）密集卸压孔切顶卸压可有效缓解工作面回采期间顶板压力，既隔离了采空区，又保证了巷道的完整性。

（2）顶板切顶后矿压释放，避免了大面积顶板垮落的安全隐患。

（3）6 m 小煤柱孤岛工作面两顺槽巷道掘进期间巷道矿压变化不大，预计回采期间巷道压力增大约10%，工作面内压力增大约15%～20%。从根本上解决大煤柱开采带来的强矿压显现问题，确保安全生产，进一步提高资源回收率，延长矿井服务年限。