李樹人

（山東宏河控股集團(tuán)有限公司，山東 鄒城 273500）

煤炭資源開采過程中，服務(wù)年限較長的大巷，如運(yùn)輸大巷和軌道大巷，一般布置在穩(wěn)定巖層當(dāng)中，如細(xì)砂巖、粉砂巖等。煤層開采過程中，由于大巷與煤層所處空間層位不同，往往產(chǎn)生跨大巷開采問題。當(dāng)工作面附近存在斷層等地質(zhì)構(gòu)造時，跨大巷開采問題變得尤為復(fù)雜，面臨跨大巷開采可行性和工作面順槽布置雙重難題[1-2]。

以紅旗煤礦鄰近大型斷層的3161 工作面開采為工程背景，論證了跨大巷開采的可行性，設(shè)計了開采技術(shù)方案，并成功進(jìn)行了工程實踐，對類似條件下的跨大巷開采問題具有指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 工程地質(zhì)條件

（1）工作面位置

紅旗煤礦位于山東省嘉祥縣，3161 工作面位于31 采區(qū)，在F23 斷層以西，31 軌道巷西南，DF1斷層以東，F(xiàn)6-2 斷層、南翼大巷東北側(cè)，開采區(qū)域相對較小。3161 工作面西南側(cè)，南翼帶式輸送機(jī)大巷和軌道大巷位于3 煤層大巷保護(hù)煤柱和F6-2 斷層防水煤柱下部。工作面布置如圖1。

圖1 3161 工作面平面位置圖

（2）煤層及頂?shù)装迩闆r

3161 工作面開采3 煤層，煤層傾角2°～6°，厚度4.0～4.8 m。根據(jù)K6-3 及K6-2 鉆孔，頂板巖性以粉砂巖為主，底板以泥巖及細(xì)砂巖為主。

（3）地質(zhì)構(gòu)造

3161 工作面地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，位于F23、F6-2、DF1 三條斷層中間。F6-2 為大型正斷層，工作面位于斷層下盤，開采范圍內(nèi)斷層傾角約70°，斷層落差約80 m。

1.2 工作面開采工程技術(shù)難題

根據(jù)相關(guān)規(guī)定：F6-2 斷層3 煤層斷層防水煤柱50 m，3 煤層大巷保護(hù)煤柱30 m。按照上述規(guī)定，設(shè)計3161 工作面的初步開采方案，工作面的斜長僅為60 m，如圖2。

圖2 3161 工作面初步設(shè)計開采方案

2019 年7 月，山東宏河控股集團(tuán)有限公司對《山東宏河控股集團(tuán)嘉祥紅旗煤礦有限公司F6、F6-2 斷層防隔水煤（巖）柱設(shè)計方案》進(jìn)行了論證，即：F6-2 斷層兩側(cè)3 煤層可不留設(shè)防隔水煤（巖）柱。而原3161 工作面南側(cè)留設(shè)的煤柱寬度達(dá)80 m，初步設(shè)計開采設(shè)計方案嚴(yán)重浪費煤炭資源。

由此，在保證安全的前提下，盡可能地加大工作面斜長，以期最大限度地開采煤炭資源是該工作面開采面臨的主要問題，盡可能地減小3161 工作面運(yùn)輸順槽側(cè)的80 m 煤柱。如此以來，將面臨以下兩個問題：跨南翼大巷開采安全可行性問題；工作面運(yùn)輸順槽布置位置。

2 工作面跨大巷開采可行性分析

工作面下部南翼帶大巷在工作面開采過程中始終受到超前支承壓力的影響，超前支承壓力對底板產(chǎn)生一定深度的破壞。為保證南翼大巷的安全穩(wěn)定性，必須保證工作面底板至大巷頂板范圍內(nèi)存在一定厚度的完整巖層[3-4]。

根據(jù)鄰近3112 工作面開采情況，實測工作面開采底板最大擾動深度為11.2 m。根據(jù)圖2，南翼帶式輸送機(jī)大巷距工作面煤層底板37.1 m，軌道大巷距工作面煤層底板42.6 m，遠(yuǎn)大于底板最大擾動深度，認(rèn)為3161 工作面跨采南翼大巷開采是安全可行的。

3 工作面開采方案設(shè)計

根據(jù)南翼帶式輸送機(jī)大巷、軌道大巷與3161工作面運(yùn)輸順槽的空間位置關(guān)系，除原有設(shè)計方案外，可有以下五種開采技術(shù)方案。

3.1 南翼帶式輸送機(jī)大巷外錯

將3161 工作面運(yùn)輸順槽布置在3 煤層大巷保護(hù)煤柱內(nèi)，即減小3 煤層大巷保護(hù)煤柱，如圖3。

圖3 開采技術(shù)方案一

3.2 南翼帶式輸送機(jī)大巷與運(yùn)輸順槽重疊

將3161 工作面運(yùn)輸順槽布置在南翼帶式輸送機(jī)大巷的正上方，兩者重疊布置，實質(zhì)是3 煤層大巷保護(hù)煤柱完全開采，不再留設(shè)，如圖4。

圖4 開采技術(shù)方案二

3.3 南翼帶式輸送內(nèi)錯

將3161 工作面運(yùn)輸順槽布置在斷層防水煤柱內(nèi)，且在南翼帶式輸送機(jī)大巷和軌道大巷之間，實質(zhì)就是不留設(shè)大巷保護(hù)煤柱，且一定程度上減小斷層防水煤柱，如圖5。

圖5 開采技術(shù)方案三

3.4 軌道大巷與運(yùn)輸順槽重疊

將3161 工作面運(yùn)輸順槽布置在軌道運(yùn)輸大巷正上方，其實質(zhì)是不留設(shè)3 煤大巷保護(hù)煤柱，且較大限度地減小斷層防水煤柱，如圖6。

圖6 開采技術(shù)方案四

3.5 輸送機(jī)大巷和軌道大巷均內(nèi)錯

將3161 運(yùn)輸順槽布置在軌道大巷與F6-2 斷層之間，實質(zhì)是不留設(shè)大巷保護(hù)煤柱，同時最大限度地減小斷層防水煤柱，如圖7。

圖7 開采技術(shù)方案五

4 工程實踐

4.1 開采方案經(jīng)濟(jì)安全性比較

從經(jīng)濟(jì)性（開采煤炭資源量）、技術(shù)安全性上對3161 工作面原有和設(shè)計的五種開采技術(shù)方案進(jìn)行比較，以確定最優(yōu)開采技術(shù)方案。

（1）經(jīng)濟(jì)性

3161 工作面走向推進(jìn)距離相同，各開采技術(shù)方案主要差異體現(xiàn)在工作面斜長上，具體見表1。工作面開采斜長由原有方案的60 m，逐步增加至方案五的140 m。由此，從原有技術(shù)方案至方案五的經(jīng)濟(jì)性逐步增強(qiáng)。

表1 各開采技術(shù)方案工作面斜長

（2）技術(shù)安全性

原有技術(shù)方案是最安全合理的，但嚴(yán)重浪費煤炭資源。其他開采技術(shù)方案最大的區(qū)別就是下部南翼帶式輸送機(jī)大巷、軌道大巷與3161 工作面運(yùn)輸順槽間的空間層位關(guān)系：內(nèi)錯布置、重疊布置和外錯布置[5-6]。根據(jù)礦山壓力及送巷理論，一般而言，內(nèi)錯布置優(yōu)于重疊布置，優(yōu)于外錯布置。

4.2 最優(yōu)開采技術(shù)方案

考慮到F6-2 斷層為大型斷層，為保證開采期間下部軌道大巷和順槽的安全性，必須留設(shè)一定寬度的斷層保護(hù)煤柱，且根據(jù)已有工程實踐，寬度應(yīng)在20 m 以上，為此確定方案三為最優(yōu)開采技術(shù)方案。

為切實保證下部大巷的穩(wěn)定性，應(yīng)盡量保證工作面開采后下部帶式輸送機(jī)大巷位于卸壓區(qū)內(nèi)，軌道大巷側(cè)有足夠?qū)挼谋Ｗo(hù)煤柱。根據(jù)相鄰工作面3112 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，設(shè)計順槽位置相對于帶式輸送機(jī)大巷外錯5 m，具體見方案三示意圖圖5。

4.3 工程實踐應(yīng)用效果

當(dāng)前3161 工作面已回采完畢8 個月，開采過程中，下部軌道、帶式輸送機(jī)大巷頂?shù)装搴蛢蓭妥冃瘟空w較小，均小于10 mm，在允許范圍內(nèi)，證明采用的開采技術(shù)方案是合理可行的。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)工作面底板擾動最大范圍11.2 m，遠(yuǎn)小于工作面底板至下部大巷的距離，確定工作面跨大巷開采是安全可行的。

（2）根據(jù)大巷與工作面運(yùn)輸順槽的空間層位關(guān)系，設(shè)計了五種可行的開采技術(shù)方案，通過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)安全性比較，確定順槽位置相對于帶式輸送機(jī)大巷外錯5 m 為最優(yōu)技術(shù)方案。

（3）開采技術(shù)方案現(xiàn)場工程實踐效果良好，工作面開采過程中大巷頂板幫和兩幫變形量均小于

10 mm。