張興國

0 引言

目前同煤集團(tuán)開采石炭系3～5#的主要千萬噸礦井工作面停采煤柱尺寸較大，縮小停采煤柱尺寸，提高資源回收率，保證工作面安全停采成為重點(diǎn)研究對(duì)象[1]。特厚煤層綜放開采具有工作面超前支撐應(yīng)力影響范圍大、應(yīng)力峰值位置到煤壁的距離大于一般工作面的特點(diǎn)[2]，縮小停采煤柱尺寸對(duì)工作面順利停采提出了新的要求。塔山礦8110工作面通過采取相關(guān)技術(shù)措施、改進(jìn)停采工藝使停采煤柱由160 m縮小至80 m，成為特厚煤層綜放工作面停采煤柱縮小的成功實(shí)踐。

1 工作面概況

塔山礦3～5#層8110工作面位于一盤區(qū)中部，東鄰8109工作面采空區(qū)，南以1070回風(fēng)巷為界，西部8111工作面未圈出。8110工作面長(zhǎng)度為207 m，煤層厚度7.14～19.34 m，平均14.70 m，采用大采高放頂煤開采，割煤高度為3.8 m。工作面平均走向長(zhǎng)度1 945 m，最小停采煤柱由160 m縮小至80 m。8110工作面上覆二疊系山4#層8104工作面距8101工作面停采線最小距離為243 m，3～5#層與上覆二疊系山4#層間距23 m～35 m，8110工作面停采煤柱上方對(duì)應(yīng)侏羅系14#層古窯采空區(qū)，與二疊系山4號(hào)層間距290～320 m。

圖1 工作面及停采煤柱示意

2 縮小停采煤柱的技術(shù)措施

8110工作面停采煤柱由180 m縮小至80 m對(duì)工作面皮帶機(jī)布置、防火密閉墻構(gòu)筑、采空區(qū)漏風(fēng)管理、停采線外順槽及盤區(qū)大巷支護(hù)強(qiáng)度等方面提出了更高的要求，為適應(yīng)80 m停采煤柱，保證8110工作面順利停采，采取了一系列有效的技術(shù)措施。

2.1 工作面皮帶機(jī)技術(shù)改造

8110工作面2110順槽停采線位置距1070回風(fēng)巷80 m，原作面皮帶機(jī)儲(chǔ)帶倉、拉緊裝置、卷帶裝置均使用地腳螺栓固定，固定段長(zhǎng)度大于80 m，難以滿足停采煤柱縮小對(duì)工作面皮帶機(jī)的要求，因而采用單驅(qū)簡(jiǎn)易皮帶機(jī)替換原有皮帶機(jī)。單驅(qū)簡(jiǎn)易皮帶機(jī)采用使用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)架與驅(qū)動(dòng)裝置均在一個(gè)大底架上，且不用基礎(chǔ)固定，安裝簡(jiǎn)便，不影響皮帶運(yùn)輸能力。

改造時(shí)將8110工作面原有皮帶機(jī)卸載滾筒至普通皮帶架段皮帶全部退后到膠帶機(jī)普通段上，該段除卸載裝置保留外其余部件全部拆除。同時(shí)按設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)易皮帶機(jī)，補(bǔ)充安裝調(diào)高支腿，與原普通皮帶對(duì)接。改造時(shí)利用原皮帶機(jī)卸載滾筒、導(dǎo)流裝置和普通段皮帶架，減少皮帶機(jī)改造工作量，節(jié)約縮短時(shí)間。

圖2 工作面原皮帶機(jī)布置及簡(jiǎn)易皮帶機(jī)設(shè)計(jì)

2.2 防火密閉墻優(yōu)化設(shè)計(jì)

密閉墻構(gòu)筑位置的選擇需考慮巷道頂板、高冒區(qū)、片幫區(qū)、應(yīng)力分布等多種因素，停采煤柱縮小后密閉墻可供選擇的合適構(gòu)筑位置大幅減少；8110工作面停采線距離2110順槽回風(fēng)繞道最小距離僅為23 m，無法按照原設(shè)計(jì)構(gòu)筑3座防火密閉墻，密閉墻數(shù)量將減少；停采煤柱縮小后，在工作面采動(dòng)應(yīng)力影響下防火密閉墻可能出現(xiàn)壓裂、漏風(fēng)等問題。針對(duì)停采煤柱縮小帶來的問題，進(jìn)行了如下優(yōu)化設(shè)計(jì)：

（1）縮短密閉墻整體長(zhǎng)度。2110順槽防火密閉墻由原設(shè)計(jì)的3座減少為2座，并對(duì)防火密閉墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，原防火密閉墻為2 m混凝土墻+5 m粉煤灰充填+2 m混凝土墻，現(xiàn)將粉煤灰充填厚度優(yōu)化為2 m。

（2）增大密閉墻整體強(qiáng)度。將2110順槽與回風(fēng)繞道三叉口處的防火墻結(jié)構(gòu)由磚墻+粉煤灰充填改為混凝土+粉煤灰充填。

（3）優(yōu)化密閉墻構(gòu)筑位置。將2110順槽第一組臨時(shí)密閉墻位置由距離停采線10 m調(diào)整為5 m；根據(jù)工作面應(yīng)力分布規(guī)律，優(yōu)化5110順槽和8110頂板抽放巷防火密閉墻間距，確保防火密閉墻構(gòu)筑位置避開應(yīng)力集中區(qū)域。

2.3 動(dòng)壓巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

依據(jù)前期研究成果，我礦特厚煤層綜放工作面超前支承應(yīng)力影響范圍為120 m左右，應(yīng)力峰值超前工作面20～30 m。8110工作面停采煤柱縮小后，兩順槽停采線至1070回風(fēng)大巷段、回風(fēng)繞道、運(yùn)料繞道及工作面對(duì)應(yīng)位置的1070回風(fēng)大巷均處于8110工作面動(dòng)壓影響范圍。為避免在工作面動(dòng)壓影響下出現(xiàn)漿皮脫落、頂板下沉等問題，影響工作面正常撤退及防火密閉墻構(gòu)筑，對(duì)停采期間受8110工作面動(dòng)壓影響的巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。巷道頂板采用組合錨索壓金屬網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，金屬網(wǎng)規(guī)格50×50 mm，巷道腮角及拱肩位置使用φ 22-2 500 mm左旋螺紋鋼錨桿壓網(wǎng)固定，錨桿排拒900 mm；組合錨索排間距1 800×2 000 mm，由1根φ 21.8×10 300 mm、對(duì)角2根φ 21.8×8300 mm和 2根 φ 21.8×6 300 mm組成，配套使用 600×600×16 mm組合錨索專用托盤。

2.4 頂板超前水壓預(yù)裂

為減弱8110工作面超前支承應(yīng)力對(duì)停采線外順槽、回風(fēng)繞道及盤區(qū)大巷穩(wěn)定性的影響，切斷應(yīng)力應(yīng)力傳播媒介，在2110順槽和5110順槽內(nèi)對(duì)工作面頂板進(jìn)行超前水壓預(yù)裂，達(dá)到了弱化頂板的目的。兩順槽水壓預(yù)裂位置以停采線為中心前后各20 m范圍內(nèi)施工鉆孔，沿順槽方向相鄰每組鉆孔間距10 m，每組施工2個(gè)鉆孔。

圖3 頂板水壓預(yù)裂鉆孔示意

3 停采工藝改進(jìn)

3.1 停采前放煤工藝改進(jìn)

8110工作面回采期間具有周期來壓步距大、來壓強(qiáng)度較小的特點(diǎn)，平均來壓步距為31 m，特別是工作面進(jìn)入相鄰8109工作面實(shí)煤區(qū)后周期來壓步距進(jìn)一步增大，周期來壓強(qiáng)度減小。工作面停采期間需保證不出現(xiàn)周期來壓，避免工作面周期來壓造成頂板停采支護(hù)困難，停采煤柱縮小前工作面距停采線20 m左右開始不放煤；為適應(yīng)停采煤柱減小工作面對(duì)巷道的動(dòng)壓影響，結(jié)合8110工作面停采前周期來壓情況，對(duì)停采前放煤工藝進(jìn)行改進(jìn)。確定工作面距停采線25 m時(shí)，開始逐步減少放煤量，20～25 m范圍內(nèi)三分之二支架放煤，15～20 m范圍內(nèi)二分之一支架放煤，距停采線15 m時(shí)所有支架均不放煤。

3.2 停采鋪網(wǎng)工藝改進(jìn)

為提高停采支護(hù)網(wǎng)的整體性，采用3片聚酯纖維柔性網(wǎng)代替原金屬網(wǎng)，柔性網(wǎng)規(guī)格為JDPET600×600MS，單片尺寸為 20×75 m，網(wǎng)眼規(guī)格 43×43 mm。8110工作面回采至距停采線15 m時(shí)，開始打錨桿吊掛φ 18.5 mm掛網(wǎng)鋼絲繩；圖片10煤機(jī)不割底煤留出一定高度的臺(tái)階作為工作平臺(tái)沿工作面方向在每架液壓支架頂梁前端100～200 mm平齊的架間頂板上打φ 17.8-4 300 mm錨索；錨索固定好，將40T連接環(huán)套到錨桿上，開始將鋼絲繩穿入所有環(huán)內(nèi)，將掛網(wǎng)鋼絲繩預(yù)緊；預(yù)緊后將掛網(wǎng)鋼絲繩一端頭穿過機(jī)尾頂板φ 17.8-8 300 mm錨索上的40T接鏈環(huán)，反向折回長(zhǎng)度1 500 mm，然后使用六個(gè)φ18.5 mm的繩卡子緊固；掛網(wǎng)鋼絲繩固定后將網(wǎng)邊鋼絲繩與掛網(wǎng)鋼絲繩用卡扣固定，將聚酯纖維柔性網(wǎng)吊起；機(jī)組割煤時(shí)通過固定在支架上的絞盤將柔性網(wǎng)吊起，割煤后放下，隨支架前移逐步鋪網(wǎng)。

3.3 停采支護(hù)工藝改進(jìn)

停采煤柱優(yōu)化前采用錨桿＋錨索＋組合梁支護(hù)，停采支護(hù)共十四排，針對(duì)停采煤柱縮短的要求將停采支護(hù)優(yōu)化為十一排，縮短停采距離的同時(shí)減少了停采支護(hù)時(shí)間，改進(jìn)后采用錨索＋組合梁支護(hù)，改進(jìn)前后工作面停采支護(hù)見下圖：

圖4 工作面停采支護(hù)示意圖

4 結(jié)語

（1）8110工作面停采煤柱由160 m縮小為80 m，對(duì)于提高資源利用率、保證采掘接替具有積極意義，同時(shí)也是特厚煤層綜放工作面停采煤柱縮小的成功實(shí)踐。

（2）通過采用單驅(qū)簡(jiǎn)易皮帶機(jī)替換原有皮帶機(jī)、防火密閉墻構(gòu)筑位置及結(jié)構(gòu)優(yōu)化、受工作面動(dòng)壓影響巷道的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、工作面頂板超前水壓預(yù)裂切斷應(yīng)力傳播媒介等技術(shù)措施優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)8110工作面停采煤柱縮小提供了有力保障。

（3）通過改進(jìn)停采前工作面放煤量、不放煤距離，采用聚酯纖維柔性網(wǎng)代替原金屬網(wǎng)提高停采鋪網(wǎng)整體性，縮短工作面停采支護(hù)距離、優(yōu)化支護(hù)工藝等實(shí)現(xiàn)了停采工藝的改進(jìn)，保證了8110工作面安全、高效停采。

[1]馬翔.放頂煤工作面停采煤柱留設(shè)研究與支護(hù)設(shè)計(jì)[J].煤炭科技，2015(4)：69-71．

[2]劉金海，姜福興，王乃國等.深井特厚煤層綜放工作面支承壓力分布特征的實(shí)測(cè)研究[J].煤炭科學(xué)科技，2011,36(1)：18-22．