綜采工作面臨空巷道變形治理對策

李 騰

(大同煤礦集團(tuán) 綜采辦公室，山西 大同 037003)

綜采工作面臨空巷道變形一直是困擾煤炭行業(yè)的世界性難題，為了有效解決該問題，本文以大同煤礦集團(tuán)所屬煤礦為研究對象，選取了50座煤礦的68個(gè)綜采工作面，進(jìn)行了臨空巷道變形情況統(tǒng)計(jì)分析，這些煤礦地跨大同、朔州、忻州、臨汾、運(yùn)城，分別屬于大同煤田、寧武煤田、河?xùn)|煤田，本文通過對這些工作面存在問題原因分析和治理經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，提出了綜合治理理念。

1 臨空巷道變形現(xiàn)狀及分析

依據(jù)本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果，68個(gè)工作面中共有21個(gè)工作面存在不同程度的臨空巷道變形問題，這些工作面既有布置在“兩硬煤層”，又有布置在“三軟煤層”，工作面開采深度為125～407 m之間，變形范圍為巷道設(shè)計(jì)斷面的20%～62%。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這21個(gè)綜采工作面在治理巷道變形問題上多數(shù)采取的措施比較單一，主要的手段是加強(qiáng)支護(hù)，如補(bǔ)打錨索，增加單體支柱支護(hù)數(shù)量，搭設(shè)木垛和堆柱等，并沒有去積極采取一些卸壓措施，最終導(dǎo)致現(xiàn)場治理效果不理想。

2 臨空巷道變形的治理對策

針對臨空巷道變形發(fā)生機(jī)理，本文提出了“科學(xué)設(shè)計(jì)、合理支卸、嚴(yán)管現(xiàn)場”的治理理念[1-2]，即從三個(gè)方面入手，來有效解決臨空巷道變形問題。

2.1 科學(xué)設(shè)計(jì)

科學(xué)設(shè)計(jì)，即從設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)避壓讓壓、從部署上實(shí)現(xiàn)“跳采”、從工藝上實(shí)現(xiàn)“小(無)煤柱技術(shù)”，從源頭把控，規(guī)避采掘交鋒、臨空穩(wěn)定期短以及鄰近層動壓影響等問題。

1) 設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)避讓，遠(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū)。主要是：工作面巷道盡可能與最大主應(yīng)力方向平行布置；巷道布置要避開上覆煤柱應(yīng)力集中區(qū)段；巷道布置盡量避開大斷層、陷落柱以及褶曲等地質(zhì)構(gòu)造帶。

2) 科學(xué)進(jìn)行跳采，增加臨空穩(wěn)定期。主要是：根據(jù)礦井生產(chǎn)格局，例如儲量、采區(qū)布置數(shù)量、單雙翼開采形式等情況選擇不同的跳采方式，單翼布置的采區(qū)實(shí)現(xiàn)采區(qū)內(nèi)兩端跳采；雙翼布置的采區(qū)實(shí)現(xiàn)兩翼跳采或是兩翼兩端跳采；多采區(qū)的實(shí)現(xiàn)采區(qū)間的跳采。另外對于資源儲量豐富的新開拓采區(qū)，應(yīng)在采區(qū)中部選擇首采面，以首采面為基點(diǎn)兩側(cè)跳采，避免出現(xiàn)孤島工作面。

3) 采用小(無)煤柱工藝，將臨空巷道布置在采空應(yīng)力影響降低區(qū)域。實(shí)施過程中，在綜合考慮通風(fēng)、防滅火、防治水等因素的基礎(chǔ)上，確保煤柱尺寸的合理性。小煤柱工藝以塔山礦回采完的8204-1綜放工作面為例，該工作面有一側(cè)的煤柱有一個(gè)由大變小的過程，通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，煤柱寬度較小時(shí)，巷道圍巖較穩(wěn)定，隨著煤柱寬度的增大，超過合理值時(shí)，應(yīng)力會突然明顯增大，現(xiàn)場實(shí)踐表明對于特厚煤層綜放工作面，臨空巷道留設(shè)6～8 m小煤柱可有效減少巷道變形。無煤柱工藝以塔山礦回采8304和8305無煤柱綜采工作面為例，采用了沿空留巷技術(shù)，不僅少掘了一條巷道，而且所留巷道幾乎無變形現(xiàn)象，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，現(xiàn)場實(shí)踐表明對于中厚煤層，在條件允許的情況下實(shí)施無煤柱工藝可消除臨空巷道變形問題。

2.2 合理支卸

合理支卸，即采取合理的強(qiáng)支措施的同時(shí)還要輔助可行的卸壓方案。

1) 采取合理的強(qiáng)支措施加強(qiáng)支護(hù)巷道。在受動壓影響的巷道，煤巖結(jié)構(gòu)和支護(hù)被破壞的情況下，存在發(fā)生局部冒頂以及巷道合口等重大隱患。此種情況下必須按照強(qiáng)支護(hù)理論來加強(qiáng)支護(hù)?！皬?qiáng)支”一般采取的是加密錨桿、錨索、單體支護(hù)以及增加堆柱、木垛、U型鋼棚、超前液壓支架等措施。需要注意的是木垛支護(hù)不能代替單體支護(hù)，僅能在部分區(qū)域輔助單體支護(hù)。一方面是因?yàn)槟径鈱俦粍拥葔旱闹ёo(hù)，僅依靠木垛支護(hù)頂板基本處于無支護(hù)狀態(tài)，極易造成頂板下沉變形；另一方面是因?yàn)橐话闱闆r下木垛支護(hù)間距在約2m，隨著工作面推進(jìn)，在超前范圍剛拆除木垛時(shí)，該區(qū)域會出現(xiàn)約3～4m的空頂區(qū)域，在超前支承壓力影響下，不利于巷道的頂板管理。因此綜采面臨空巷道超前區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)不能僅僅依靠木垛支護(hù)，還要采用加密單體支護(hù)(一梁四柱)的形式，通過單體柱的主動支護(hù)，切實(shí)達(dá)到維護(hù)頂板的效果。

2) 采取可行的卸壓方案，就是指選擇切實(shí)可行的卸壓手段，有效緩解臨空側(cè)向懸板支承壓力、底鼓及超前應(yīng)力集中等強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)影響。一般情況下，主要從三個(gè)方面實(shí)施卸壓措施：一是針對超前底鼓問題，應(yīng)采取鉆孔卸壓、爆破卸壓、開掘卸壓槽等解危措施，降低應(yīng)力集中；二是要在本工作面巷道通過深孔預(yù)裂爆破、水壓致裂以及比較先進(jìn)的二氧化碳預(yù)裂爆破等手段提前進(jìn)行斷頂卸壓，以緩解臨空殘余邊緣支承壓力對巷道的影響，確保下一個(gè)相鄰工作面臨空巷道圍巖的整體穩(wěn)定性；三是加強(qiáng)端頭退錨工作，人工減小并控制工作面兩端頭懸板面積，一定程度上減弱巷道超前壓力顯現(xiàn)。需要注意的是工作面出現(xiàn)頂板超前煤壁斷裂造成圍巖破碎嚴(yán)重與支架距煤幫距離較小影響正常通風(fēng)等問題時(shí)，要注意割煤工藝工序的管理，同時(shí)要停止對該區(qū)域的卸壓措施，必要時(shí)還要加強(qiáng)支護(hù)，確保周期來壓滯后工作面發(fā)生，頂板在采空區(qū)范圍斷裂，為工作面安全生產(chǎn)提供保障。

2.3 嚴(yán)管現(xiàn)場

加強(qiáng)現(xiàn)場管理，主要是指在抓好日常工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對部分細(xì)節(jié)點(diǎn)要注意強(qiáng)化管理。加強(qiáng)支護(hù)質(zhì)量管理，確保支架接頂嚴(yán)密、初撐力合格，尤其是工作面頭尾20架支架必須要保證升緊、升牢，同時(shí)要保證端頭支護(hù)、關(guān)門柱以及超前支護(hù)等規(guī)范有效。實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、水壓致裂、卸壓孔、卸壓槽、二氧化碳預(yù)裂以及地面壓裂等支卸措施時(shí)，必須要嚴(yán)格按照方案設(shè)計(jì)要求的參數(shù)施工，確保真正起到卸壓效果。在巷道修復(fù)時(shí)，要保證按措施施工，既要保證作業(yè)安全，又要保證巷道高度，以符合行人、運(yùn)輸、通風(fēng)及端頭支架正常前移的要求。

本文提出的“科學(xué)設(shè)計(jì)、合理支卸、嚴(yán)管現(xiàn)場”的臨空巷道變形治理理念，能夠使工作面臨空巷道變形問題在不同程度上得到治理和緩解，尤其對新設(shè)計(jì)和投產(chǎn)的綜采工作面更要從源頭上抓起以消除該問題。對同類型礦井的工作面有借鑒意義。