郭飛龍

（大同煤礦集團(tuán)公司忻州窯礦，山西大同037021）

運(yùn)輸石門上覆保護(hù)煤柱的開采技術(shù)與實(shí)踐分析

郭飛龍

（大同煤礦集團(tuán)公司忻州窯礦，山西大同037021）

文章介紹了在盤區(qū)運(yùn)輸石門上覆近層間距煤層的工作面布置方法及開采技術(shù)，同時(shí)對(duì)開車期間的礦壓顯現(xiàn)、周期來壓強(qiáng)度、步距進(jìn)行觀測(cè)和總結(jié)分析。通過對(duì)下伏865軌道及皮帶運(yùn)輸石門采用U29拱型棚和單體柱的加強(qiáng)支護(hù)，實(shí)現(xiàn)了安全開采，為類似條件下安全開采大巷上覆煤柱提供借鑒經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)依據(jù)，為提高老礦煤炭資源回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限拓寬了思路，提供了新的方法。

煤礦開采；石門上覆保護(hù)煤柱；軌道皮帶延伸巷；皮帶頭硐室

大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦井田位于大同侏羅紀(jì)煤田北東部邊緣，主向斜軸最低處。井田本身呈一不對(duì)稱向斜構(gòu)造。目前開采11#，14#，15#層煤。煤層埋藏深度280～370 m。隨著開采年限的不斷增加，現(xiàn)已面臨資源枯竭。在工作面布置條件越來越苛刻的條件下，如何最多的回收煤炭資源成為老礦井當(dāng)前的重要課題。

本文介紹了在運(yùn)輸石門上覆近層間距煤層的工作面布置及開采方法，論證了在資源枯竭型礦井條件下，為最大化回收煤炭資源，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，所采取的特殊工作面布置及成功開采的可行性與經(jīng)濟(jì)性研究，并為類似的工作面開采提供了科學(xué)依據(jù)[1-3]。

1 概況

1.1 工作面位置及四鄰情況

本工作面位于忻州窯向斜軸部，大致呈一褶曲構(gòu)造，工作面西高東低（尾巷高頭巷低）。工作面西鄰8925面（已采），北部和東部為實(shí)煤，南部接309集中回風(fēng)巷、皮帶巷及軌道巷，見圖1。

圖1 西二盤區(qū)11#層8900上分層工作面布置圖

煤巖層走向大致為北西及北東向，傾向?yàn)楸睎|及南東，煤層特征，見表1。

表1 煤層特征

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及頂板巖性

工作面內(nèi)無斷層，但在其東部有一條北西走向11°，南西傾向79°，落差7 m，傾角65°的正斷層。煤層頂?shù)装迩闆r，見表2。

表2 煤層頂?shù)装迩闆r表

1.3 與865軌道延伸巷、865皮帶延伸巷位置關(guān)系

工作面位于865軌道延伸巷和865皮帶延伸巷上覆11#煤層，走向均為南北向。與11#煤層底板層間距最大19.3 m，最小14.2 m，平均層間距16.7 m，見圖2。

圖2 工藝巷與865軌道巷對(duì)應(yīng)位置剖面圖

2 研究分析與技術(shù)措施

2.1 分析開采過程中可能存在的影響與危害

隨著礦井資源的枯竭，開采深度的加大，工作面的布置條件越來越苛刻，因此工作面開采時(shí)礦山壓力顯現(xiàn)會(huì)比較大，且下伏865軌道石門和865皮帶石門為東三盤區(qū)主要運(yùn)輸石門，開采時(shí)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定影響[4]。隨著開采的推進(jìn)，巷道的壓力峰值區(qū)和動(dòng)壓區(qū)也會(huì)隨工作面的推進(jìn)而變化，預(yù)計(jì)的主要峰值區(qū)在工作面切眼位置和停采線位置的煤體處及工作面周期來壓對(duì)應(yīng)位置煤壁煤體處，這些壓力集中地段可能會(huì)對(duì)下伏的865軌道石門和865皮帶石門產(chǎn)生較大的壓力沖擊。如果巷道變形或跨塌，不僅對(duì)礦井生產(chǎn)造成較大影響，更有可能對(duì)過往的行人和礦車造成人身危害和設(shè)備損壞，因此考慮對(duì)其加強(qiáng)支護(hù)[5]。

2.2 采取技術(shù)措施保證安全生產(chǎn)

1）對(duì)應(yīng)開切眼和停采線前后30 m的865軌道、皮帶延伸巷內(nèi)，架U29拱型棚進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，棚間距0.8 m，并對(duì)865過渡二部皮帶頭硐室架密集U29拱棚。沿開采方向切眼30 m外，對(duì)865軌道巷架間距1 m的U29拱棚支護(hù)200米,對(duì)865皮帶延伸巷采用單體支柱架11#工字鋼梁支護(hù)300 m。整體對(duì)865軌道、皮帶延伸巷起到加強(qiáng)支護(hù)的作用。

2）開采前沿865軌道延伸巷正上方，在工作面內(nèi)掘進(jìn)一條工藝巷，此巷道不僅可以對(duì)下伏的865軌道延伸巷起到卸壓作用，而且開采時(shí)，當(dāng)工作面頂板堅(jiān)硬，兩順槽的放頂孔不能使采空區(qū)頂板有效跨落時(shí)，在工藝巷內(nèi)加強(qiáng)放頂孔進(jìn)行爆破，也可以對(duì)下伏865大巷周期來壓產(chǎn)生的壓力進(jìn)行一定的釋放。

3）在開采前先進(jìn)行對(duì)865軌道、皮帶石門的頂板破碎，風(fēng)化地段及聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行先期支護(hù)；在開采期間如果發(fā)現(xiàn)巷道內(nèi)頂板巷道受壓變型，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)打錨索、錨桿、掛網(wǎng)架U29拱棚聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)，以保證運(yùn)輸石門的安全。

4）開采期間采用的礦壓觀測(cè)方法有：

（1）應(yīng)用YHY60(B)d礦用數(shù)字壓力計(jì)配合FCH32∕0.2礦用數(shù)據(jù)采集器，見圖3，進(jìn)行工作面綜采支架支柱壓力連續(xù)觀測(cè)，確定工作面的來壓強(qiáng)度及來壓步距。

工作面布置7條測(cè)線，在12#，28#，45#，56#，70#，84#，98#支架上安設(shè)KBJ-60-Ⅲ-1型圓圖壓力自記儀，后又在11#，55#，97#支架增設(shè)三臺(tái)KBJ-60III（B）綜采壓力記錄儀，中部為主要觀測(cè)線。

圖3 礦用數(shù)據(jù)采集器圖

（2）應(yīng)用MCS-400礦用本安型錨桿（索）測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)巷道錨桿、錨索動(dòng)態(tài)錨固力，見圖4。

圖4 巷道錨桿、錨索動(dòng)態(tài)錨固力測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)圖

（3）應(yīng)用MCS-400礦用本安型錨桿（索）測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)U鋼支架受力狀態(tài)。

（4）應(yīng)用KLD25型頂板離層報(bào)警記錄儀，進(jìn)行底板大巷頂板離層量觀測(cè)。

（5）采用十字布點(diǎn)法安設(shè)表面位移監(jiān)測(cè)斷面，進(jìn)行巷道表面位移的觀察，應(yīng)用KLD25型頂板離層報(bào)警記錄儀進(jìn)行巷道兩幫深部位移動(dòng)態(tài)觀測(cè)。

3 開采過程中的礦壓顯現(xiàn)

1）工作面壓力顯現(xiàn)

通過每日檢修班換圓圖記錄紙，進(jìn)行宏觀狀況統(tǒng)計(jì)和觀測(cè)綜采工作面頂板活動(dòng)規(guī)律、開采空間圍巖與液壓支架的相互作用關(guān)系。

當(dāng)工作面推進(jìn)到距切眼30 m時(shí)直接頂才開始垮落，進(jìn)風(fēng)順槽冒高4.5 m，工作面中部冒高5 m，回風(fēng)順槽冒高1.5 m。經(jīng)觀察進(jìn)風(fēng)順槽至工作面中部垮落較好，但工作面中部至回風(fēng)順槽仍然堅(jiān)硬難冒。

進(jìn)風(fēng)順槽推進(jìn)36.5 m，回風(fēng)順槽部推進(jìn)至32 m，工作面從14#架～100#架，古塘頂板大面積塌落，古塘頂板全部和支架頂梁塌齊。

第一次周期來壓，支架平均工作阻力25.8 MPa，距初次來壓39.3 m。當(dāng)進(jìn)風(fēng)順槽推進(jìn)106.8 m，回風(fēng)順槽推進(jìn)至109.1 m，工作面84#～90#支架發(fā)生煤體片幫，長(zhǎng)10 m，深2 m。

第二次周期來壓，來壓步距36.8 m，平均工作阻力25 MPa。當(dāng)進(jìn)風(fēng)順槽推進(jìn)156.1 m，回風(fēng)順槽推進(jìn)至155.8 m，在回風(fēng)順槽超前支護(hù)10 m靠工作面煤幫側(cè)發(fā)生兩次沖擊型礦壓顯現(xiàn)，共炸幫長(zhǎng)10 m，深2 m。

第三次周期來壓，來壓步距20 m，平均工作阻力26 MPa，此時(shí)進(jìn)風(fēng)順槽推進(jìn)163.8 m，回風(fēng)順槽推進(jìn)至165.7 m。

此后工作面在割煤過程中，發(fā)生煤炮現(xiàn)象增多，工作面采取提高支架初撐力到24 MPa以上，并在回風(fēng)順槽超前支護(hù)30 m范圍內(nèi)增支兩排單體柱，放慢開采進(jìn)度每日采3.5 m，最大不超過4 m，較大的緩解了工作面壓力狀況，但仍時(shí)有工作面煤壁片幫放炮、回風(fēng)順槽發(fā)生炸幫、片幫狀況。

對(duì)應(yīng)周期來壓位置的865軌道、皮帶石門內(nèi)通過觀測(cè)數(shù)據(jù)壓力明顯升高，但由于對(duì)其進(jìn)行了架U29拱棚加強(qiáng)支護(hù)，所以巷道內(nèi)沒有明顯變形和損壞，只有少量的零皮和片幫。

2）865軌道運(yùn)輸石門、皮帶運(yùn)輸石門顯現(xiàn)情況

開采期間，865軌道、皮帶石門時(shí)有小的零皮脫落，但絕大多數(shù)都是巷道多年風(fēng)化后在開采來壓時(shí)脫落，不會(huì)對(duì)巷道正常使用造成影響。

在865皮帶巷內(nèi)，由于沒法架設(shè)統(tǒng)一規(guī)格的U29拱棚，只在切眼和停采線前后30 m及過渡二部皮帶頭硐室架U29拱棚。在開采期間皮帶巷在240～360 m處巷道片幫較多，由于巷道已進(jìn)行單體柱架11#工字鋼梁支護(hù)，其對(duì)巷道影響程度也不大，不影響皮帶巷的正常運(yùn)輸與人行通過。

工作面開采期間，在礦壓顯現(xiàn)較大的狀況下，通過架U29拱棚和工藝巷卸壓保證了工作面的正常開采和865軌道運(yùn)輸石門、865皮帶運(yùn)輸石門的安全。

4 工作面開采時(shí)對(duì)下伏巷道的影響規(guī)律分析

根據(jù)開采經(jīng)驗(yàn)及煤巖性特征，綜采工作面采空區(qū)周期性成正方形時(shí)，工作面壓力的應(yīng)力集中較大，推測(cè)在下部對(duì)應(yīng)的應(yīng)力集中壓力傳導(dǎo)區(qū)域也在此處。

實(shí)際通過各種壓力檢測(cè)手段得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)表明：

（1）工作面頭一次周期來壓過程發(fā)生范圍在120～170 m，于工作面長(zhǎng)度159 m正方形相吻合。此處工作面壓力增大，支架阻力增大，工作面煤壁片幫嚴(yán)重，尾部壓力較大。對(duì)應(yīng)下伏運(yùn)輸大巷壓力顯現(xiàn)范圍在140～190 m范圍處，此處壓力數(shù)據(jù)明顯升高，在865軌道巷內(nèi)有少量的零皮脫落，在865皮帶巷內(nèi)150～170 m處有少量的巷道片幫，但由于巷道已提前進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，巷道使用正常，不影響巷道行人、運(yùn)輸?shù)陌踩?。雖然壓力值明顯增加，但不影響巷道的安全使用。

（2）工作面開采在310～350 m范圍處，對(duì)應(yīng)下伏巷道在330～375 m范圍處，是第二次壓力明顯顯現(xiàn)增高范圍。工作面第三次壓力顯現(xiàn)范圍在480～520 m處，對(duì)應(yīng)下伏巷道在500～530 m處。

由以上實(shí)際觀察數(shù)據(jù)顯現(xiàn)和巷道變形情況可以推斷，當(dāng)工作面壓力在采空區(qū)周期性成較規(guī)則的正方形面積時(shí)，應(yīng)力會(huì)集中顯現(xiàn)；應(yīng)力傳導(dǎo)在下部層間距16～20 m范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)力集中也會(huì)相應(yīng)的超前20～30 m，成一較規(guī)則的應(yīng)力集中顯現(xiàn)區(qū)域。

因此，在工作面開采時(shí)可以推斷應(yīng)力發(fā)生的集中區(qū)域，可按工作面長(zhǎng)度來超前進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)范圍，同時(shí)對(duì)工作面下伏大巷需要加強(qiáng)支護(hù)范圍進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，為礦井安全生產(chǎn)提供重要的理論依據(jù)。

5 開采經(jīng)濟(jì)效果和安全性評(píng)價(jià)

在礦井資源枯竭的情況下多回收煤炭資源38.6萬t，按目前煤價(jià)650元∕t計(jì)算，可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值25 090萬元，除去成本按目前集團(tuán)公司返礦60元∕t，為我礦多創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益2 316萬元。

此外，通過增加對(duì)865軌道運(yùn)輸石門和865皮帶運(yùn)輸石門的加強(qiáng)支護(hù)投入256萬元，加上在工作面內(nèi)施工一條工藝巷的投入141萬元，額外投入共計(jì)397萬元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于利潤(rùn)，并且有效的保證了工作面的安全生產(chǎn)，尤其是我礦東三盤區(qū)11#層和14#層服務(wù)的盤區(qū)運(yùn)輸大巷，1∕5產(chǎn)量通過其運(yùn)輸，安全保護(hù)865軌道運(yùn)輸石門、865皮帶運(yùn)輸石門尤為重要，同時(shí)也解放了我礦田資源枯竭而銜接緊張，并延長(zhǎng)了礦井服用年限等諸多困難，因此經(jīng)濟(jì)效果是顯著的[6]。

6 結(jié)論

1)掌握開采工作面上覆巖層主要運(yùn)動(dòng)規(guī)律，礦山壓力活動(dòng)規(guī)律，確定初次來壓和周期來壓步距，進(jìn)行頂板來壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，防止頂板事故發(fā)生。

2)通過對(duì)底板大巷的監(jiān)測(cè)，確定采動(dòng)影響范圍及支承壓力分布與變化規(guī)律，為分析底板大巷的穩(wěn)定性提供依據(jù)。

3)確定錨桿、錨索錨固力變化規(guī)律，確定大巷支護(hù)方案的可行性。

4)針對(duì)工作面及底板大巷檢測(cè)出的不安全因素，提出整改措施，保證安全開采和底板大巷的穩(wěn)定性。

5)為類似工作面支架選型和合理支護(hù)參數(shù)的確定提供可靠依據(jù)。

6)通過開采期間壓力變化等情況改進(jìn)工作面和順槽的支護(hù)保障減少或消除類似工作面沖擊型礦壓的發(fā)生，保證人員安全。

7)此工作面在開采期間最大困難在于煤壁片幫嚴(yán)重，為類似的情況下如何選用帶護(hù)幫支架類型和提高工作面防護(hù)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

[1]張榮立，何國(guó)緯.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[2]徐永圻.采礦學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]錢鳴高,劉聽成.礦山壓力及其控制（修訂本）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.

[4]劉正和.綜放開采區(qū)段煤柱應(yīng)力分布及其尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].山西煤炭，2009，29（3）:41-42．

[5]李洪武.綜放開采區(qū)段煤柱應(yīng)力分布及其尺寸優(yōu)化[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，35（8）:39-41．

[6]劉愛國(guó).綜放工作面回采巷道煤柱應(yīng)力分析與參數(shù)優(yōu)化[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2002，30（1）:39-41．

Mining Technology of Haulage Cross-cut Overlying Protecting Coal Pillar and Practice Analysis

GUO Fei-long
(Xinzhouyao Mine of Datong Coal Mine Group Co.Ltd.,Datong Shanxi,037021)

This paper introduces the arrangement and mining technology in the face of haulage cross-cut overlying seam,ob?serves and analyses the coal pressure appearance,perildic pressure strength,and pace.Through strengthening the support for underly?ing track 865 and belt haulage cross-cut by U29 arch set and monomer column,it realizes the safe production,provides experience and reference for mining in similiar conditions,and gives new methods for raising the resource recovery rateand prolong the length of ser?vice.

mining;cross-cut overlying protecting coal pillar;track belt extension roadway;belt end chamber

G807.4

A

1674-0874(2014)04-0065-04

2014-04-26

郭飛龍（1986-），山西大同人，碩士，助理工程師,研究方向：采礦工程技術(shù)。

〔責(zé)任編輯 石白云〕