小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术

＊杨祯龙

（晋能控股煤业集团轩岗煤电有限责任公司梨园河矿 山西 036700）

引言

结合现阶段小煤柱工作面的布置现状来看，采取内部的准备巷道围岩稳定性是提升生产效率与可靠性的核心，这个过程中除了需要保持工作面与采空区间的支撑之外，还需要进一步做好回采控制，满足部分回收的需要。这个类型的工作面往往具有工作面踩空区间的基本特征，已经完成开采的工作面往往会处于两个工作面的中间位置，此时采取上部覆岩层的模式，可以很好的解决围岩结构问题，积极改善矿压显现规律，以此来确保残留煤柱可以及时、妥善的完成回收任务，确定预留煤柱的尺寸类型，满足现代化生产的客观需要。为了进一步探讨小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术落实策略，现结合具体工况分析如下。

1.工况概述

本次研究选取某小煤柱工作面作为研究对象，该工作面属于石炭系3层煤层，所述区域的地质赋存条件优越，厚度达到5～7m，平均水平在5.4m，整体走向平缓，倾角低于3°。内部构造方面，煤层的1～3层主要以泥岩为主，工作面长度达到2400m，主要煤种为半暗型气煤，整体预留的可回收空间为340万吨。在工作面覆盖的区域上，瓦斯的涌出量以及最大涌出量均符合设计标准，可以确保整个生产环节中不存在生产安全风险。工作面的岩层厚度结构当中，顶部为厚度达到5m的煤泥岩、砂泥岩等，老顶的厚度达到7m。

2.工作面安全开采的要求

(1)临近工作面矿压检测

临近工作面矿压检测，对工作面临近的综放面进行分析，目前已经完成多个工作面的回采工作。针对8101工作面采取初步压步距分析，采取必要的回采周期来进行控制。对于正常推进过程中的压步距要进行合理判断，根据实际生产经验选择20m的压步距，以此来应对随时出现的外部现象变化。整个巷道工作面踩空区间临空巷道会受到上部岩层的压力限制与影响，采空区间悬梁残余应力会对巷道内部产生影响，导致部分断面的高度存在风险，临空巷则以独体配合木垛的方式予以支撑，从而达到基本的内部布置要求，为后期实现五梁五柱的设计目标创造了前提条件，此过程中参数方面，排距以及柱间距分别设置为900m、800m，木垛间距设置为6m。

(2)数值模拟

针对8113预采煤柱工作面的空巷构建现状，采取数值模拟的方式，对垂直应力和工作面的区间变化规律进行分析，随后根据巷道距离工作面的采空间距进行探讨，结合垂直应力与空区距离的变化情况来做出相应的判断，在距离20m的地方做好峰值的分析，随后跟着距离的变化而逐步发生新的变化，最终实现趋近于原岩应力值的效果。针对距离工作面0～9m的区域，做好支撑应力的分析，同时也结合具体的工作情况来选取临空巷留设尺寸，确保数值的可靠性与精准性。

3.小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术的类型

小煤柱工作面安全开采与围岩控制工作的落实离不开具体的围岩控制技术合理应用，分别分析如下。

(1)顶板管理

目前临空巷顶板的管理主要以8104工作面为参考对象，根据实际的处理经验来进行技术支持，配合单体支柱以及木垛支护来实现管理工作任务。在这个过程中，巷道顶板以及两帮采取了科学的联合支护技术手段，通过锚杆、锚索、钢梁等多技术相互适应的方式，提升了联合支护的针对性。通过密集大范围超前支护的布置模式，则能够很好的解决五梁五柱的布置效果，密集支护的超前管理则应该由50调整到300，体现了顶板管理的优势与价值。在这个技术方案当中，联合支护的方案具体参数需要进行明确，左旋无纵肋锚杆的参数为φ22mm×3000mm，间距设置为800mm，锚索选择φ22mm×8100mm的钢绞线，间距设置为1100mm。工作面的侧锚杆、左旋无纵肋螺纹锚杆等设置同样参考前期的相关技术标准，间距的设置则应该以最佳间距900mm为设计要求，具体的支护形式参考设计图纸的相关要求来落实。

(2)水压致裂弱化围岩

结合三号层当中工作面针对顶板采取的水压致裂技术来实施围岩超前弱化处理，以期能够达到良好的应力消除目标。通过技术改造，可以很大程度上解决工作面内临空巷受到岩层压力与各区参与应力影响的问题，极大的提升了内部的结构可靠性与稳定性。针对8112工作面采取水压致裂弱化围岩技术，就需做好钻孔的分析，采取分别穿过厚煤层的技术，针对厚度为6.8m的关键层进行粗砂岩层分析，结合岩层的性质来落实好相关技术内容，设置好想要的钻孔参数，包括孔深、孔间距都需要提前进行安排，以此来降低后期出现问题的风险。

(3)其他控制技术

小煤柱工作面在整个开采过程中需要做好开凿的设计与调整，做好整体控制工作。为了确保临空巷的顶板稳定性，也要同时设计好开凿过程中的支护强度，以此来确保在洞室设置过程中工作面的煤壁侧能够达到相应的技术标准与控制水平。针对现阶段小煤柱工作面出现的全高处理采空区设置情况，需要积极借鉴有益的建设经验与开采策略，采取必要的阻力架构模式，针对液压支架的工作阻力进行合理控制，应该高于1.3万kN，其中尾部的设计应该以应力峰值区域内多支架的方式予以支撑，确保后期使用的实际效果。

4.小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术的应用策略

小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术合理应用，要以安全开采为基本控制目标，更好的落实好各项控制技术，具体的应用策略分析如下。

(1)安全开采措施

安全开采需要以工作面的回采过程控制为基本条件，除了要应对好顶板冲击地压的影响，还需要避免矿压显现等类型的多种地质风险问题，做好工作面水害、有害有毒气体与火灾隐患等方面的防控工作。针对8113工作面的临近工作面走向现状，需要做好走向的合理规划，包括做好煤柱宽度的设置，根据地质构造的要求做好裂隙发育分析与水流通道的构建，根据工作面的采空区积水情况，做好工作面的渗透管理。结合工作面的回采过程，要对瓦斯、一氧化碳等类型的有害气体进行释放与处理，做好工作面内部的局部通风管理问题，针对81111区域内出现的瓦斯聚集以及一氧化碳含量超标问题，需要及时做好煤柱的渗透预留，针对煤炭存在的自燃倾向来做好工作面、工作采空区的控制，确保采空区的漏风防护工作，做到防患于未然，提升整体开采进度的控制效果，避免技术落实过程中出现不可控的因素。

(2)水患治理

水患治理需要考虑到工作面水害的情况，一方面做好积水控制工作，降低积水带来的负面影响，特别是新工作面回采前要做好小煤柱内部的打孔管理，做好采空区的积水防控；另外一方面，则需要积极完成排水工作后，再通过多种高分子材料来对煤柱的缝隙、区域进行封堵，做好钻孔封堵控制的针对性处理工作。

(3)瓦斯治理

结合瓦斯治理的规划与整体要求，做好瓦斯控制与防护工作，其中最为有效的途径就是针对临近采空区的有害气体进行整体防护，使得其能够得到很好的控制。该过程中，一方面需要做好裂隙的封堵防护，借助于专用的高分子材料进行局部的喷涂与加固，另外一方面则需要通过工作面内部局部通风的方式来对瓦斯、一氧化碳和有害气体来实施超限控制，针对容易出现低氧问题的区域进行导风，进一步增加工作面的通风效果与供风量，尽可能早日解决通风方面的问题。

(4)防火治理

采取必要的防火治理途径，针对现阶段工作面的回采过程来看，采取一些必要的防火灭火措施是实现防火治理的关键。根据过去的治理经验来看，在回采过程中做好注氮防火措施，能够很好的解决采空区深部含氧量较高的问题，将其能够下降到防火堕化指标以下，从而更好的满足生产技术安全要求与客观标准，根据生产经验来看，注氮量应该以800m3/h为宜。结合工作面生产情况，需要对采空区实施撤架后屏蔽操作，采取这样的方式能够很好的解决泥浆灌注的问题，通过对密封区域内做好温度与氧浓度监控等方式，可以在工作面、采空区出现自燃发火期前做好分析控制工作，以此来有效降低火灾发生的可能性，必要的注浆与注氮技术升级改造是确保火灾防治的基础，同时也是促进小煤柱工作面安全生产技术与围岩控制技术得以落实的关键。

5.总结

综上所述，小煤柱工作面安全开采与围岩控制不但影响到生产效益与产能规划水平，同时也与安全生产以及资源的综合利用开发效率密不可分。针对本次研究案例中出现的问题来看，小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术的合理落实离不开良好的顶板管理技术与围岩控制技术，同时也需要做好后期的安全开采控制与管理活动，尽快落实好安全开采的各项任务，做好水患、瓦斯、防火治理，提升治理的有效性与先进性，为促进行业的稳定快速发展奠定良好的基础。