复杂条件下孤岛煤柱工作面煤层回采工艺技术研究与应用

闫军辉 张晓飞

（平顶山天安煤业股份有限公司一矿，河南 平顶山467000）

1 概述

该综采工作面位于平顶山天安煤业股份有限公司一矿二水平戊二大巷, 东起二水平戊一沿煤轨道下山；西至二水平戊二瓦斯专用巷和戊二轨道下山；南邻戊8-21141 采空区；北接戊8-21160 采空区；属孤岛煤柱工作面。采面机巷上部覆有庚20-31060 采面，两工作面形成压茬关系，受上部采面回采动压影响，戊二大巷煤柱采面机巷矿压显现明显；采面本煤层有戊二集中运输巷老巷贯穿采面，下部有戊-21141 机巷老巷；回采期间，由于受落差H=7.5m 的27#断层影响，两巷压力大，矿压显现明显，瓦斯涌出量增大，管理十分困难，如何采取切实有效措施加强顶板管理、瓦斯管理、设备管理、工艺管理等方面的技术研究将该段煤柱采出且创水平，对于缓解老矿井接替紧张局面，提高煤炭资源回收率达到精采细收，有非常重要的意义，为今后复杂条件下孤岛煤柱工作面回采奠定坚实的基础。

2 复杂条件下孤岛煤柱工作面煤层回采工艺技术研究

2.1“孤岛”煤柱工作面的矿压分析和控制

该“孤岛”煤柱工作面受上部采面回采动压影响，机巷矿压显现明显，巷帮及顶底板移动量大于20mm/天，巷道支护形式先后由锚网梁维修为梯形棚，后由梯形棚维修为U 型钢拱形棚，并持续进行加强支护、维修棚子、拉底、扩帮等工作，最终保证了安全生产。

2.2 采面过断层的方案制定和实施

二水平戊二大巷煤柱采面采长235m，采高2.2m，布置157组ZY4000-12/25 型液压支架。回采过程中过27#断层，该断层为正断层，落差H=7.5m，走向28°，倾向298°，倾角为30-60°，走向影响68.6m，倾向影响147.3 米。从断层在风巷揭露情况、采面柱状分析和地测科提供的断层预想剖面分析，戊8 煤层顶板和断层影响区为泥岩和砂质泥岩。该断层由风巷暴露，逐渐向机头方向延伸，对回采有严重影响。

2.2.1 过断层方案的选择

方案一：搬家跳眼，对断层影响的采面后半段进行搬家跳眼，按刀把对接进行管理。根据地测部门提供的断层发育情况，通过理论分析结合由机巷向采面做补切眼探测断层的方式确定采面后半段搬家跳眼的准确位置。补切眼位置的确定：在采面断层落差变小为H=1m 的位置，兼顾探测薄煤带及33#、36#断层，结合风机两巷顶板状况，确定在机巷向风巷做补切眼。

后半段跳眼位置确定：补切眼掘进至与断层交汇处开始向采面断层方向打眼探测，边掘边探，当探测断层落差在H=3m 时，由补切眼沿走向向采面回采切眼做联络巷，联络巷与采面切眼交叉点即为后半段跳眼位置。

方案二：硬过27#（H=7.5m）断层。

根据补切眼探断层情况决定是否硬过断层，若探得断层在落差H=3m 的位置对采面影响倾向小于60 架，采取硬过方案。

2.2.2 实施情况

（1）补切眼施工情况。在补切眼实际掘进过程中，在推断与断层交汇处未见断层，继续边掘边探，掘进了110m，在110m 处水平方向向采面回采切眼打眼，共打了3 个眼：以0°打眼20m 深，全煤未见岩石；以30°打眼20m 深，全煤未见岩石；以50°打眼30m 深，全煤未见岩石。根据打钻情况，在预想断层落差H=3m 的位置并未见断层，地测部门根据打钻情况推断断层实际落差H=3m 的位置更靠近机尾方向，断层在采面的影响范围更小，因此，为了尽可能多回采煤炭资源，最终方案确定为硬过27#断层。

（2）硬过27#断层技术措施。断层方案确定后，根据断层在风巷揭露情况，结合预想剖面，需提前采取以下措施：

a.风巷“高墙”处提前刹顶。施工方法：刹顶段支护采用单体柱配合铁道、工字钢、圆木、大板等架设木垛支护。将铁道穿入巷帮，靠两帮各打一根柱子并使用铁丝将铁道与柱子连锁，棚间距2.3-2.5m 在顺山铁道棚子之间夹套2-3 棚圆木棚子（圆木长度不够时，可将两根圆木对接使用）。在所架好的顺山棚子上用圆木或大板摆“井”字型木垛，第一层圆木用铁丝与顺山铁道连锁，以后摆放的木垛（用抓钉抓牢或者铁丝拴牢）层层相互连锁，摆放到距离顶板0.2 米左右时，用穿楔或板皮背顶，保证顶板背实。如采用双排走向平行木垛时，两个并排木垛之间必须用2-3 根圆木连锁。然后再升紧单体柱使物料与顶板接触严实（图1）。

图1 刹顶段支护示意图

b.断层影响段提前漂溜子。27#断层为正断层，由采面风巷暴露，向机头方向移动、延伸。根据制定的漂溜子措施，采面推进距断层面20m 时，从第120 架至机尾157 架按每刀煤上漂150mm开始漂溜。采面机尾揭露断层面，溜子自漂溜开始共计漂了5m。随采面推进，根据断层面发展情况逐步向机头方向漂溜，断层过渡段按20-35 架控制，直至采面全部沿戊8 煤层回采。

c.提前注固安特加固顶板。采面进入断层面前，在断层面附近，距底板2m，间距3m 布孔，提前注固安特，前后共计注固安特10t，加固断层面顶板。采面进入注固安特区域后，在机尾以下第145 架处见到固结浆块，由于形成了固结顶板，较为稳定，煤机截割期间未发生掉顶、片帮情况，起到了很好的加固效果。

d.加强采面顶板管理。采面进入断层前，提前压网，进入断层后，超前架管理顶板，顶板破碎段以及托顶煤处上双网，并上走向工字钢或圆木挑圆木或者大板维护顶板，且顶板维护段随断层发展向机头延伸。为保证煤质，严格控制采高在2.1 米左右。

2.2.3 吸取教训及亮点

（1）吸取教训。风巷在掘进期间，27#断层处做成了“高墙”，落差3.6-4m，给回采带来了困难，增加了刹顶工程量。在以后掘进期间，遇到较大断层，要避免出现“高墙”，为以后回采提供良好条件。机尾漂溜过程中，由于风巷提前刹顶时将一部分戊8 煤刹在顶板上，未根据采面漂溜需要刹成抹坡，限制了机尾段漂溜幅度。采面过断层期间漂溜幅度无法准确掌握，整个漂溜过程中，只能以戊8 煤顶板上间距5m 左右的一层白砂岩为基准参照，漂溜后沿戊8 煤的白砂岩顶板回采，以此来判定漂溜幅度为5m。风巷断层面提前注固安特层位过低，应根据漂溜后顶板的层位进行布孔，形成稳定固结顶板。

（2）亮点。在安全管理方面：过断层以及放炮期间，在顶板管理以及放炮管理、瓦斯管理方面，未出现顶板以及瓦斯事故，保证了安全顺利过断层。

2.3 采面过老巷的分析研究

采面切眼靠近机头侧有一条戊二集中运输巷；在采面中后部分有一条戊二总回风巷，戊二总回风巷位于采面中部下方，该巷道顶板沿戊9 煤层，与采面戊8 煤层底板间距1.2-2.3m；采面靠近机尾处回采22.6m 左右透戊8-21141 机巷老巷；回采111.2m 左右机尾处将过戊8-21141 废切眼；老巷对回采产生一定影响（图2）。

2.3.1 老巷概况：

戊二集中运输巷老巷在采面机头处暴露，与采面在同一层位，平行于机巷，沿走向直至采面结束。戊二总回风巷老巷位于采面中部下方，该巷道顶板沿戊9 煤层，与采面戊8 煤层底板间距1.2-2.3m，随采面的推进将与风巷贯通，预计走向影响590m 左右。戊8-21141 机巷老巷在采面中后部，预计采面回采22. 6m 时将与采面贯通，最终将与风巷贯通。预计走向影响320m 左右。采面回采111.2m 左右机尾处将过戊8-21141 废切眼，预计倾向影响30m 左右。

图2 老巷位置平、剖面示意图

2.3.2 技术要求：

（1）过老巷前，老巷影响段前后5m 范围内必须上网，随着老巷推进及时联网，联网期间加强联网质量管理。顶板破碎处联双网及上大板维护顶板。

（2）过老巷期间，各班开工前必须提前备足顶板维护物料、备齐工具，否则不得生产。采面过老巷处，易发生片帮、掉顶，应及时拉超前架，杜绝采面大面积片帮造成冒顶事故。

（3）过戊二集中巷老巷和戊8-21141 机巷老巷期间，若空顶面积较大时，可采用打顺山托棚支护顶板，圆木或工字钢做梁，单体柱做腿，一梁三柱，若梁的一端搭在支架上则可采用一梁二柱。

（4）过戊二集中巷老巷和戊8-21141 机巷老巷期间，若老巷暴露出工字钢、铁道或圆木腿，必须先回后过。采用千斤顶或手动葫芦把工字钢、铁道或圆木等拽出。千斤顶一端固定在支架可靠位置，一端用链条拴住工字钢或圆木，并用楔子或板皮背紧。油管接在相邻支架上，拴链人员确认拴牢并躲在安全地点后发出操作指令，操作千斤顶人员躲在支架立柱后进行操作。

（5）过戊8-21141 机巷老巷前必须先探明老巷的位置，以及有毒有害气体，发现异常时及时汇报、处理。过老巷期间，加强瓦斯、CO 等有害气体的检查，发现异常时及时汇报、处理。

（6）严格控制采高，及时拔、缩加长杆，防止支架超高或死架。老巷处挂牌管理，牌板位置的变化随着老巷而变化。老巷处拉架、割煤时，严禁单岗作业，作业现场必须有班长以上干部现场统一指挥。

3 结论

通过对采煤工作面的矿山压力、老巷和地质构造等提前分析研究，完善规程、措施，加强工作面支护质量，加强采面工程质量和“一通三防”管理，真正实现了技术上合理、经济上可行、安全上可靠。实践证明，加强对巷道压力控制和过老巷、地质构造的超前管理，使采面和老巷顶板得到了很好的控制，为今后其它采面过老巷和地质构造提供可靠的技术保证，并积累了宝贵的经验。同时该研究成果具有很大的推广价值。