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王莊煤礦孤島采區(qū)回采技術(shù)實(shí)踐

文檔作者：董作東文檔來源：揚(yáng)州市礦務(wù)局王莊煤礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年03月17日
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2015年第40卷第6期
Vo1．4O No．6
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management 65
doi：lO．39690．issn．1672—9943．2015．06．024
王莊煤礦孤島采區(qū)回采技術(shù)實(shí)踐
董作東
(揚(yáng)州市礦務(wù)局王莊煤礦，江蘇徐州221006)
[摘要] 王莊煤礦257(259)采區(qū)為7,9煤層聯(lián)合布置的孤島煤柱采區(qū)，該采區(qū)是為保護(hù)二
水平軌道下山及一300 m主運(yùn)輸大巷而預(yù)留的煤柱資源。在礦井開采后期，回收該
部分資源的時(shí)機(jī)已成熟。孤島采區(qū)在回采過程中，涉及其上覆巖層控制、下方巷道
支護(hù)及保護(hù)、“一通三防”等關(guān)鍵技術(shù)。通過采取圍巖應(yīng)力分析、超前測壓、特殊支
護(hù)、凝膠阻化等技術(shù)，已成功回采該區(qū)的3個(gè)工作面?；夭傻膶?shí)踐與經(jīng)驗(yàn)積累將對
其他工作面的回采提供借鑒，也可為其他同類礦井回采孤島煤柱提供參考。
[關(guān)鍵詞] 孤島采區(qū)；圍巖控制；頂板管理；“一通三防”
[中圖分類號]TD822+．3[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]
1 采區(qū)概況
王莊煤礦257(259)采區(qū)共設(shè)計(jì)有9個(gè)工作
面，均采用長壁后退式開采，炮采落煤工藝。7煤
在9煤上部，煤層間距12～14 m，7煤和9煤的厚
度均為2．8 4．0 m。采區(qū)周邊為采空區(qū)，標(biāo)高范圍
為一170—一300 m，位于向斜軸心構(gòu)造的兩側(cè)。二
水平軌道下山、皮帶機(jī)巷均布置在9煤的底板巖
層中，軌道下山與9煤的最小垂直距離為1．5 m，
皮帶機(jī)巷與9煤的最小垂直距離為14 m；一300 m
主運(yùn)輸大巷穿7、9層煤布置，回采時(shí)跨過或平推
采過。采區(qū)位置范圍如圖1所示。
L___．_ 蘭蘭J [． -=l j l
7煤巷道 9煤巷道 巖巷 采空區(qū)
圖1 孤島采區(qū)位置示意圖
2 近距離孤島采區(qū)下方巷道圍巖控制
采空區(qū)周圍巖層應(yīng)力受煤層開采會引起重新
分布，不僅會在采空區(qū)周圍的煤體上使得應(yīng)力集
中，還會使應(yīng)力逐漸向底板巖層深部傳遞。因此，
會造成布置在底部巖層或煤層中的巷道變形急劇
增大，孤島采區(qū)下方巷道受開采掘進(jìn)影響更為嚴(yán)
重。文獻(xiàn)[1]給出了支承壓力作用下煤體邊緣極限
塑性破壞區(qū)的最大深度h計(jì)算公式為：
=2 exp[(}+芋jtan 。]
c0s( + 1 ¨斗z
式中：h為支承壓力作用下煤體邊緣極限塑
性破壞區(qū)的最大深度，m； 。為煤層底板內(nèi)摩擦
角，(。) 為巷道與上部煤層煤柱邊緣之間距離
的平均值，m。
根據(jù)煤層底板巖性以及實(shí)驗(yàn)室?guī)r性分析：內(nèi)
摩擦角 。=25。，高h(yuǎn)=2．8m，煤層埋深H=330 m，取
巖石平均密度r=2 500 kg／m3 5 m，代人上述公
式可得煤體邊緣極限塑性破壞區(qū)的最大深度h
8 m。
根據(jù)圖2所示的標(biāo)高來看，工作面與一300 m
主運(yùn)輸大巷的垂直距離為0．5 6 111。一300 m主運(yùn)
輸大巷位于極限塑性破壞區(qū)內(nèi)，在工作面巷道掘
進(jìn)過程中已得到印證，回采距一300 m主運(yùn)輸大巷
道l0—20 m時(shí)，巷道破壞變得更為明顯。因此，巷
道支護(hù)問題尤顯突出。
圖2 工作面與下方巷道位置關(guān)系示意圖
2015年12月
66 董作東王莊煤礦孤島采區(qū)回采技術(shù)實(shí)踐Dec．，2015
為避免一300 ITI主運(yùn)輸大巷后期維護(hù)困難，決
定更改運(yùn)輸路線，該巷道在工作面回采結(jié)束后將
予以封閉。為方便工作面布置和安全回采，使用工
字鋼、單體支柱和老料等材料進(jìn)行套棚加強(qiáng)支護(hù)，
棚梁上方大的空間用木垛“井”字形接實(shí)頂板，并
做到每班觀測巷道情況和支柱補(bǔ)液，通過該方法
使得近距離采區(qū)下老巷圍巖在長期不穩(wěn)定應(yīng)力擾
動下得到了很好的控制。一300 in主運(yùn)輸大巷支護(hù)
效果如圖3所示。
f 廣 L]■廣 醬—1_T—t T1
I 、 i
圖3 —300 m 主運(yùn)輸大巷支護(hù)示意圖
3 孤島采區(qū)工作面頂板管理實(shí)踐
3．1 工作面正常回采期間頂板管理
通過對孤島采區(qū)下方的二水平軌道下山及皮
帶機(jī)巷的長期觀察，采區(qū)煤柱已趨于穩(wěn)定，但應(yīng)力
相對集中。因此，在回采過程中重點(diǎn)考慮了防倒
柱、兩道支護(hù)質(zhì)量、防止片幫、冒頂?shù)纫蛩?。隨著工
作面回采，工作面煤層頂板活動加劇。頂板的不穩(wěn)
定，必然會對工作面安全回采帶來威脅，工作面回
采期間采取了相應(yīng)措施：① 加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，工作面
除上下口2～3 m各打1個(gè)木垛外，另每隔8 m加
打木垛，在老塘一排支柱棚檔之間扶設(shè)用于加強(qiáng)
老塘支護(hù)和擋桿的密集支柱，并根據(jù)情況增加特
殊支護(hù)，加打密集支護(hù)、叢柱或斜撐，確保工作面
安全回采。②做好防片幫、防冒頂工作?；夭蛇^程
中及時(shí)在工作面煤壁側(cè)打貼幫柱，正常每2~3棚
設(shè)l棵，并用大笆擋好，頂板破碎時(shí)加設(shè)戴帽點(diǎn)
柱，防止工作面片幫傷人。③工作面兩道超前支
護(hù)，上下出El與巷道連接處提前向外架設(shè)由單體
支柱和鉸接頂梁組成的超前架棚，0—10 m扶設(shè)雙
排架棚，10 20 m扶設(shè)單排架棚，超前棚支柱的初
撐力不得低于50 kN。④加強(qiáng)頂板管理，做好支柱
二次補(bǔ)液，并每班檢查單體壓力情況，保證泵站壓
力不少于20 MPa，支柱初撐力不少于90 kN。
3．2 工作面過巷道頂板管理
孤島采區(qū)工作面過巷道對頂板管理的要求更
高，通過現(xiàn)場回采實(shí)踐總結(jié)了工作面過巷道頂板
管理經(jīng)驗(yàn)：①工作面在過巷道之前調(diào)整好與巷道
之間夾角，盡可能減小工作面與巷道相交面積，具
體可以根據(jù)工作面與巷道的距離來調(diào)整，并嚴(yán)格
控制采高。②工作面過巷道之前要對巷道進(jìn)行加
強(qiáng)支護(hù)，設(shè)木垛增加支柱強(qiáng)度。③工作面過巷道期
間礦壓增大明顯，及時(shí)采用超前掛梁和伸出前探
梁的方法強(qiáng)行護(hù)頂，防止出現(xiàn)片幫和塌矸現(xiàn)象。
④ 加強(qiáng)巷道變形監(jiān)測，并加快工作面推進(jìn)速度，減
少工作面頂板大幅度下沉量。
4 孤島采區(qū)回采過程中“一通三防"管理
孤島采區(qū)處于老空區(qū)中間，密閉時(shí)間較長，老
空區(qū)內(nèi)積聚的大量有害氣體給回采工作帶來較大
威脅。因此，“一通三防”工作顯得尤為重要口引。
①通風(fēng)設(shè)施的砌筑必須合理可靠，盡可能減少工
作面老塘側(cè)進(jìn)、回風(fēng)端的壓差，控制采空區(qū)的漏
風(fēng)。②加強(qiáng)“一通三防”管理，瓦檢員嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場
交接班制度，除檢測規(guī)定的瓦斯和溫度以外，還要
求定期檢查回風(fēng)隅角CO。③安排專人巡查保護(hù)煤
柱和巷道圍巖漏風(fēng)情況，以便及時(shí)進(jìn)行封堵。④工
作面回采至巷道前，應(yīng)確定工作面與巷道的風(fēng)壓
關(guān)系，監(jiān)測巷道漏風(fēng)情況，保障工作面風(fēng)量充足。
⑤定期清掃和沖洗巷道，工作面放炮前后堅(jiān)持灑
水降塵，放炮時(shí)打開凈化水幕。⑥ 回采完畢，盡快
密閉。
王莊煤礦煤層自燃傾向性為自燃，煤層自然
發(fā)火期為3—6個(gè)月。歷史上30余起煤層自然多
發(fā)生在急傾斜工作面，與該采區(qū)南翼相鄰的
2275、2277工作面在回采期間均發(fā)生過煤層自燃
現(xiàn)象?？坎煽諈^(qū)的煤體受采掘活動的影響勢必會
變得松軟、破碎、裂隙增多，回采期間老空區(qū)浮煤
自然發(fā)火危險(xiǎn)性進(jìn)一步增大。工作面回采后，使得
與其他采空區(qū)連成一片，瓦斯賦存規(guī)律與漏風(fēng)情
況會變得極其復(fù)雜，一旦形成高溫區(qū)，治理將極為
困難。因此，孤島采區(qū)回采過程中的煤層自然發(fā)火
防治工作需引起足夠的重視。結(jié)合該礦的實(shí)際及
以往在礦井自然發(fā)火防治方面的經(jīng)驗(yàn)，巷道掘進(jìn)
過程中形成靠近老空區(qū)的破碎、裂隙煤體，采取巷
道幫頂噴覆水泥沙漿、埋管注膠堵塞漏洞的方法；
對于掘進(jìn)誤透老空區(qū)形成的導(dǎo)通，采取砌筑雙層
夾芯密閉，墻體周邊噴漿、埋管注(下轉(zhuǎn)第99頁)
2015年第40卷第6期
Vo1．40 No．6
能源技術(shù)與管理
Energy Techno~gy and Management 99
以下公式計(jì)算：
Q= 1TR2H 8}ER
式中： 為漿液擴(kuò)散半徑，1 m；日為注漿孔
深，2．4 m；叼為巖層裂隙率，4％；盧為漿液有效充
填系數(shù)，0．8；m為結(jié)石率，0．85；A為漿液損失系
數(shù)，1．2。
經(jīng)計(jì)算，預(yù)計(jì)單孔注漿量Q=0．34 m 。
通過注漿對巖石裂隙的充填，必然造成巷道
圍巖松動圈減小，使巷道收斂變形減小，增強(qiáng)圍巖
穩(wěn)定性。這樣，巷道的整體性增強(qiáng)，有效防止巷道
受到應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高巷道的承載能力。
鄆城煤礦軌道石門支護(hù)形式如圖4所示。
圖4 鄆城煤礦軌道石門復(fù)合支護(hù)支護(hù)形式
3．4 鄆城煤礦軌道石門巷道現(xiàn)狀
鄆城煤礦通過復(fù)合支護(hù)形式，提供巷道圍巖
的支護(hù)強(qiáng)度完全能夠滿足要求。按照復(fù)合支護(hù)形
式施工的在軌道石門軟巖巷道掘進(jìn)后5個(gè)月巷道
平均變形位移量5．8 mm，巷道平均變形位移速度
0．039 mm／d，現(xiàn)場的支護(hù)結(jié)構(gòu)完好，沒有出現(xiàn)異常
情況，巷道的返修率為零，獲得了十分理想的支護(hù)
效果。
4 結(jié)論
(1)控制軟巖巷道圍巖大變形的關(guān)鍵是給圍
巖提供足夠的支護(hù)強(qiáng)度，否則，巷道圍巖將始終處
于高速流變狀態(tài)，以致被支護(hù)巷道由于壓力原因
遭到破壞。
(2)錨網(wǎng)索噴+全封閉高阻力可縮性u型鋼
棚+壁后充填支護(hù)+壁后注漿復(fù)合式支護(hù)方式在
鄆城煤礦軌道石門軟巖段支護(hù)中的成功應(yīng)用表
明，制定合理的支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)形式，有效地保證
了巷道的穩(wěn)定性。
(3)巷道支護(hù)的整體性越強(qiáng)，受集中載荷作
用和均布載荷作用下的巷道承載能力就越強(qiáng)。
[參考文獻(xiàn)]
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[4]陸士良，孫忠志，劉聽成等．中國煤礦巷道圍巖控
制[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994．
[作者簡介]
孫志宇(1967一)，男，工程師，畢業(yè)于武漢科技大學(xué)土
木工程專業(yè)，長期從事煤礦基建和生產(chǎn)期間的生產(chǎn)、技術(shù)、
安全管理工作，現(xiàn)任山西華晉韓咀煤業(yè)有限公司副總經(jīng)
理、安全礦長。 『收稿日期：2015—09—07]
(上接第66頁)膠的辦法堵塞漏風(fēng)通道；工作面回
采經(jīng)過巷道后向采空區(qū)注膠，防止采空區(qū)漏風(fēng)引
發(fā)煤層自燃。
5 結(jié)語
孤島采區(qū)回采，特別是回采后期孤島工作面
應(yīng)力集中明顯、巷道圍巖破壞嚴(yán)重、巷道支護(hù)困
難，且頂板控制難度大，易自然發(fā)火。因此，做好圍
巖支護(hù)、頂板控制和“一通三防”管理是孤島采區(qū)
回采管理的重中之重。
[參考文獻(xiàn)]
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研究[Jj_能源技術(shù)及管理，2014，39(4)：69—71．
[作者簡介]
董作東(1973一)，男，工程師，注冊安全工程師，畢業(yè)于
中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程系，現(xiàn)任揚(yáng)州市礦務(wù)局王莊煤礦副
總工程師，主要從事礦井采掘生產(chǎn)技術(shù)管理及“一通三防”
管理工作。

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