張 帥

(大同煤礦集團有限責(zé)任公司四臺礦，山西 大同 037000)

0 引言

煤柱在煤礦生產(chǎn)過程中，經(jīng)常給綜采工作面正常生產(chǎn)帶來阻礙，主要表現(xiàn)在上覆煤柱區(qū)致使工作面頂板壓力增大[1-3]，工作面頂板破碎，煤壁片幫嚴(yán)重，甚至還會出現(xiàn)局部漏頂現(xiàn)象，阻礙工作面的正常生產(chǎn)。因此，對上覆煤柱進行分析研究并提出具有可行性的過煤柱方案，對煤礦安全生產(chǎn)很有必要。

1 工作面概況

12#層307盤區(qū)8739工作面北起12#層307盤區(qū)巷，東面為12#層8741面，西面為12#層8737面。地層大致呈一單斜構(gòu)造。井田內(nèi)構(gòu)造受區(qū)域應(yīng)力場所制約，其表現(xiàn)形式為以小型褶皺構(gòu)造為主，伴有斷裂構(gòu)造及煤層陷落柱。井田斷裂構(gòu)造有北東、西南向2條，均為傾角較陡的正斷層，落差分別為25 m和9 m，長度900～1 850 m，受這些較大斷裂影響，還發(fā)育有較多的次級小斷層。這些斷層多為導(dǎo)水?dāng)鄬?。井田中發(fā)現(xiàn)陷落柱有3個，在平面上呈點式陷落，沒有延長，大者長軸550 m，短軸300 m，面積約165 000 km2，落差約100～120 m。

8739工作面順槽長度為814 m，設(shè)計可采長度為730 m，回采工作面寬度為113 m，工作面標(biāo)高為1 077～1 100 m，對應(yīng)的地表高差為58 m左右，12#層煤層在307盤區(qū)賦存較穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，工作面煤層厚度平均約2.3 m左右，煤層傾角2°，屬于近水平煤層。綜合柱狀圖如圖1所示。

圖1 綜合柱狀圖

2 頂?shù)装迩闆r分析

工作面上覆從下往上依次為偽頂、直接頂和老頂。偽頂為砂泥巖，炭泥巖，細(xì)砂巖，厚度0.35～0.90 m，一般為1～2個分層組成，中西部地段為2～3個分層，易塌落，穩(wěn)定性較差，偽頂巖石的抗壓強度是512 kg/cm2，其抗剪強度是108 kg/cm2，普氏硬度5.12，軟化系數(shù)0.62；直接頂巖性為粉砂巖互層，巖石厚度范圍為1.19～14.25 m，穩(wěn)定性較好，中厚層狀結(jié)構(gòu)。老頂巖性為中細(xì)砂巖，厚度范圍為1.3～20.0 m，膠結(jié)致密，穩(wěn)定性好，中厚層狀，老頂?shù)目辜魪姸仁?8 kg/cm2，老頂?shù)目箟簭姸仁?85 kg/cm2，普氏硬度2.85。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

3 煤柱對回采的影響及安全管理

3.1 煤柱對回采的影響

從12#煤軌道巷往里396～453 m處有上覆11#煤307盤區(qū)8706面煤柱，此煤柱影響范圍為60 m；783 m到切眼處有11#煤307盤區(qū)8712面多個煤柱，工作面煤柱分布情況如圖2所示。

在開采過程中，上覆巖層內(nèi)部的活動規(guī)律，目前人工還不能肉眼目睹，而只能根據(jù)間接資料和數(shù)據(jù)，加以分析和推理[4-6]。當(dāng)8739工作面采到煤柱區(qū)下方時，受上覆煤柱區(qū)的影響，工作面和兩順槽的壓力顯現(xiàn)特別明顯，主要表現(xiàn)為工作面片幫嚴(yán)重，端面距增大、頂板破碎、支架壓力升高且部分支架安全閥開啟等煤柱區(qū)造成的應(yīng)力集中占主要部分。同時受上覆煤柱區(qū)影響，工作面采到煤柱區(qū)下方推進時，周期來壓程度相當(dāng)劇烈，且來壓步距縮小。

由于一側(cè)采空，覆巖應(yīng)力向?qū)嵜簠^(qū)轉(zhuǎn)移，覆巖應(yīng)力通過上覆煤柱區(qū)傳遞到8739工作面，使工作面應(yīng)力增大。工作面直接頂破斷、垮落、老頂來壓及覆巖運動會更加猛烈，回采過程中，老頂壓力通過煤柱傳遞到工作面頂板造成工作面應(yīng)力集中，隨著工作面向前推進，頂板的不斷垮落，煤柱也逐漸垮落。煤柱寬度隨著工作面不斷向前推進而越來越少，煤柱所承受的壓力也越來越大，當(dāng)工作面通過煤柱后，煤柱還沒有完全垮落，正好在支架上面，此時，支架的壓力是最大的，上覆巖層的壓力會通過煤柱傳遞到支架上，當(dāng)工作面支架出煤柱后，直接頂承受不住上覆的壓力而斷裂，進而垮落，煤柱也隨著垮落，煤柱垮落后，支架壓力逐漸減小，回到正常壓力范圍。

圖2 工作面煤柱位置圖

根據(jù)上述分析總結(jié)，工作面從進煤柱到出煤柱過程中，工作面壓力是逐漸增大的，最大處在出煤柱時，出煤柱后，壓力隨之減小，此時，上覆巖層運動較激烈，隨后重新達到平衡，工作面頂板及上覆巖層破斷時，對工作面及采空區(qū)覆巖造成采動影響。

3.2 綜采工作面過煤柱技術(shù)安全管理

只有加強頂板管理和頂板動態(tài)監(jiān)測工作，將工作面頂板控制好，減小過煤柱區(qū)時的礦壓顯現(xiàn)，安全過煤柱區(qū)才有了十足的保證[7-9]。

提高液壓支架的初撐力：這樣做可以使液壓支架主動支撐工作面頂板，避免了壓力轉(zhuǎn)移到工作面煤壁，較好的維持頂板穩(wěn)定性，同時也避免工作面來壓時煤壁不能承受導(dǎo)致片幫嚴(yán)重，為此，可從以下方面著手：①第一，提高供液壓力，保證供液管路和密封圈的密封性和耐用性，或者使用其他手段增加壓力；第二，保證供液時間，對此可以采用雙壓力回路系統(tǒng)來代替支架操作工；第三，帶壓擦頂移架，及時支護工作面頂板，采煤機割煤過程中，液壓支架前探梁距離采煤機后滾筒保持在2架內(nèi)，使得端面距不大于340 mm；②通過對即將進入煤柱區(qū)的工作面及兩巷煤壁進行提前注瑪麗散，注入的瑪麗散通過煤層裂隙迅速擴散后凝固，使煤層粘到一起，粘結(jié)度提高較大，加固了周圍的破碎煤巖，能夠使破碎帶保持相對比較穩(wěn)定的狀態(tài)，提高頂板的穩(wěn)定性，提高巷道和工作面煤壁整體性，減少了煤壁的片幫，縮小了端面距，從而提高了煤壁的強度；③工作面能否順利通過上覆煤柱區(qū)，還與工作面采高和回采工藝有很大的關(guān)系。采高的降低可以減小煤壁的片幫，礦壓顯現(xiàn)也會明顯減小，從而對工作面通過上覆煤柱區(qū)提供較大的幫助，為保證采煤機能順利通過，在過煤柱期間，采高控制在2.4 m左右，通過煤柱區(qū)后，若工作面煤壁壓力顯現(xiàn)不明顯，可以恢復(fù)到原來的采高。

快速通過：為加強工藝、工序的管理創(chuàng)造各種條件，延長生產(chǎn)班割煤時間，加快推進速度，在最短的時間內(nèi)，通過上覆煤柱區(qū)。過煤柱期間，工作面支架一直長時間承受著頂板較大的壓力，加快推進速度可以緩解頂板的下沉，避免壓死支架，造成停產(chǎn)。同時，過煤柱的過程中做好工作面頂板、底板、煤壁、支架壓力變化情況記錄。進入上覆煤柱集中應(yīng)力區(qū)前，工作面應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)情況從頭部開始調(diào)斜開采，尾部超前頭部不低于15 m。

嚴(yán)格管理：①加強工作面安全管理，嚴(yán)格執(zhí)行開工前“四位一體”檢查制度和“敲幫問頂”制度，發(fā)現(xiàn)不安全因素立即處理，保證工作環(huán)境安全的情況下才能作業(yè)，如發(fā)現(xiàn)當(dāng)班不能處理的問題，必須及時向礦調(diào)度室匯報。為防止兩巷炸幫煤傷人，巷道兩側(cè)護網(wǎng)嚴(yán)禁拆除，同時，及時將頂板上的零皮、活石用長柄工具處理掉，確保作業(yè)地點安全后才能開始工作。為防止機組割煤過程中炸幫煤傷人，工作面所有工作人員必須站在液壓支架內(nèi)部進行工作，采煤機割煤過后，液壓支架必須跟緊煤機移架，與機組滾筒距離2個支架的距離。機組必須安設(shè)護板。如發(fā)現(xiàn)頂板離層現(xiàn)象時，必須及時補打支護;②加強機電設(shè)備檢修力度，減少事故率，提高開機率。在過煤柱前一定要對設(shè)備進行徹底檢修，確保設(shè)備完好。由調(diào)度室協(xié)調(diào)運輸、供風(fēng)、供水、盤區(qū)不間斷供給。加強支架及液壓管路的檢修，杜絕跑、冒、滴、漏，液壓支架初撐力必須大于24 MPa，工作面支架完好率大于95%。

補支單體柱：在割煤過程中，如果發(fā)現(xiàn)頭尾順槽超前支護壓力增大，片幫較為嚴(yán)重，頂板下沉、開裂等情況，兩順槽超前支護段及工作面端頭處在頂板較為破碎的情況下，則將尾順槽鋼梁下補支單體柱，頭順槽鋼梁下靠人行道側(cè)補支單體柱，或者超前支護棚距由1.0 m縮短至0.5 m，并且確保鋼梁接頂嚴(yán)實，不實處用木楔或柱帽背實，應(yīng)提前加強頭尾順槽頂板的支護工作，超前支護距離在原有的基礎(chǔ)上應(yīng)加長，支護距離不低于30 m，根據(jù)實際情況，應(yīng)及時鋪網(wǎng)并補打支護。

嚴(yán)禁超前支護提前回撤：(采煤機距頭、尾30 m時開始回撤)保證機組割通后超前支護距煤壁距離不大于1.2 m。工作面端頭支護和超前支護回撤的單體柱必須及時補到前面。超前支護單體柱的初撐力不低于90 kN(11.5 MPa)，工作面端頭或其它地點單體柱的初撐力不低于90 kN(11.5 MPa)。煤柱區(qū)前后20 m范圍內(nèi)兩巷原有的支護材料嚴(yán)禁回收。

4 結(jié)語

在8739綜采工作面過上覆煤柱期間，通過對工作面水文地質(zhì)條件及上覆煤柱區(qū)進行系統(tǒng)的分析，制定了相適應(yīng)的過煤柱方案。在煤層頂板破碎的情況下，采用煤壁注瑪麗散，提高頂板的穩(wěn)定性，采取預(yù)先加強超前支護來控制頂板、工作面調(diào)整偽斜、優(yōu)化工序等針對性措施，通過合理安排各類工程之間的銜接，緊密配合，綜合平衡，充分利用時間和空間，創(chuàng)造多頭作業(yè)和多工序立體平行交叉作業(yè)，改進了施工技術(shù)和組織管理。有效地預(yù)防了工作面冒頂，快速安全地通過了上覆煤柱區(qū)，技術(shù)、安全、經(jīng)濟效益顯著。