突出煤层小煤柱沿空掘巷的巷道布置研究与实践

高青松

(华阳新材料科技集团有限公司 五矿，山西 平定 045200)

五矿贵石沟井2016年升级为突出矿井，主采的15号煤层为突出煤层。在贵石沟井四采区8406工作面采用掘进底抽巷以岩保煤方式治理瓦斯，该方法投资大，成本高，掘进底抽巷及钻孔抽采导致工作面准备时间大幅延长，采用水力冲孔造穴等防突手段，与掘进工作存在互相干扰，也存在巷道单进水平大幅降低的情况。因此，亟需探索新的瓦斯治理方式解决工作面瓦斯问题。

小煤柱沿空掘巷方法，将工作面巷道布置在采动影响瓦斯卸压区，理论上有利于巷道掘进期间瓦斯治理，同时工作面巷道避开应力集中区，有利于巷道支护。为此，在8402孤岛工作面回风巷道试验小煤柱沿空掘巷技术。

1 工程概况

8402工作面位于四采区，工作面东北部为采区大巷，西北部相邻的8403工作面在2009年10月回采完毕，东南部相邻的8401工作面2010年7月回采完毕，西南部为马家庄村保护煤柱，该工作面为孤岛工作面。根据《阳泉煤业(集团)有限责任公司五矿贵石沟井15号煤层突出危险性区域划分》，8402工作面不在区划报告范围内。

8402回风巷道煤层平均厚度8.56 m，煤层倾角0～22°，平均11°，为近水平煤层。巷道标高+380～+440 m，埋深约580 m，煤层整体标高较低，埋深较高。煤层直接顶为10.45 m的黑色泥岩，老顶为7 m的中粒砂岩。相邻的8401进风巷道掘进期间煤层瓦斯含量较高，且曾出现瓦斯动力现象，单月进尺最高仅80 m，瓦斯浓度较高。

2 沿空掘巷方案的确定

根据岩体的极限平衡理论[1]，工作面回采后，临近采空区的煤体会形成三个区域，破碎区、塑性区、弹性区[2]。由于在破碎区和塑性区内煤体受到一次采动影响，煤体受到破坏，煤层瓦斯得到释放，瓦斯压力降低，基本消除突出危险，因此，为减小掘进期间瓦斯涌出，减少采取进一步的消突措施对掘进的影响，可能的掘巷位置有2种：破碎区掘进、塑性区掘进。巷道在破碎区掘进，围岩变形大、顶板离层、冒顶片帮较严重；巷道在塑性区掘进，围岩变形较小，顶板离层、冒顶片帮等较在破碎区轻。因此，初步选择在塑性区掘进。

运用岩体的极限平衡理论，采空区的塑性变形区宽度X0为：

式中：X0为塑性区的宽度，m；m为煤层的厚度，取8.56 m；A为侧压系数，取1.2；φ0为煤体的内摩檫角，取30°；K为应力集中系数，取1.2；γ为岩层的平均容重，取0.025 MN/m3；H为煤层埋深，取580 m；C0为煤层界面的黏结力，取3.4 MPa；Px为对煤帮得支护阻力，取0.3 MPa；经计算，X0=11.86 m。由于巷道宽5 m，8402回风巷道沿空掘巷的合理小煤柱为6.86 m，邻近的寺家庄矿煤层地质条件与本矿相似，参考寺家庄矿15106孤岛工作面7 m煤柱沿空掘巷取得较好了效果，因此，根据工程类比的方法，确定五矿8402工作面的煤柱宽度为7 m。

3 工程应用结果分析

3.1 瓦斯情况

目前，8402回风巷道已掘进完毕，掘进期间未发生过瓦斯动力现象，且防突参数指标K1值在0.2～0.35之间，瓦斯含量W值在5.52～6.02 m3/t之间，因此，可推断巷道基本在瓦斯卸压带。

3.2 矿压观测结果

对8402回风巷巷道掘进期间的巷道变形进行观测，两帮平均移近量为0.8 m，顶底板平均移近量为0.94 m。掘进对巷道变形的影响约为100 m，其中0～60 m为剧烈变形阶段，60～100 m为缓慢变形阶段。

3.3 工程效益分析

五矿贵石沟井受瓦斯和动压影响的工作面巷道掘进进尺水平较低,8402回风巷道由于巷道在瓦斯卸压带内掘进，防突工程量大幅减少，巷道单月掘进进尺最高达到140 m，基本与正常掘进工作面水平相当。

另外，8402回风巷道布置方式由原设计20 m大煤柱，调整为7 m小煤柱，多回采了13 m煤柱资源，经计算，多回收煤炭资源7.85万t煤。

4 结 语

1) 五矿贵石沟井8402孤岛工作面回风巷道采用7 m小煤柱沿空掘巷技术，巷道布置在瓦斯卸压带，掘进期间未出现瓦斯突出现象，确保了掘进安全。

2) 巷道在瓦斯卸压带内掘进，大幅减少了防突工程量， 提高了巷道掘进效率，减少了工作面准备时间，缓解了采掘衔接紧张局面。

3) 留设小煤柱开采，减少了煤炭资源的浪费，增加了资源回收率，提高了采区回采率。