孤岛工作面掘进经验的探讨

摘要：孤岛工作面压力大，给掘进支护工作带来了巨大的困难，本文以开滦（集团）有限责任公司钱家营矿业分公司1376W孤岛工作面掘进施工为例，从合理设计、优化工艺、科学支护等几方面入手，介绍了安全 、快速、高效掘进孤岛工作面的施工经验。

关键词：孤岛工作面；锚网支护；高应力锚索；帮锚索；底脚锚杆

1. 引言

孤岛工作面是相临工作面已经回采的工作面，因为相临工作面已经回采完毕，所以采空区顶板完全垮落或未完全垮落，相邻工作面顶板已经十分破碎。孤岛工作面属于在应力集中区域布置工作面，并且掘进巷道都布置在围岩相对软弱的煤层中，所以导致巷道压力大、支护困难，因此孤岛工作面的掘进一直是困扰煤矿掘进的重大难题。本文总结了开滦（集团）有限责任公司钱家营矿业分公司安全 、快速、高效掘进1376W孤岛工作面的成功经验，供大家交流和探讨。

2. 概述

开滦（集团）有限责任公司钱家营矿业分公司地处河北丰南境内，井田总面积81平方公里，可采煤量6.89亿吨，属近距离多煤层压茬开采矿井。1978年开工建设，1988年投产，是一座设计年产原煤400万吨特大型现代化矿井。目前主要采区有三采区、四采区、六采区、八采区、十采区、十一采区。其中1376W工作面位于三采西翼，倾斜上方1375W工作面已回采完毕，倾斜下方1377W工作面正在回采。东侧为三采7煤层边眼，上覆五煤层已经全部回采完毕，下覆8、9、12煤层暂无工程。

2.1地质情况

1376W工作面为稳定的中厚煤层，煤层厚度有一定的变化。煤层厚度1.8m～5.2m，平均厚度3.4m，局部煤层松软易片帮。煤层下部有0～0.5m泥岩夹石。煤层走向在N20°～90°之间变化。煤层倾角在4°～10°之间，平均5°。

2.2煤层顶底板岩石性质和特征：

1）老顶：褐灰色细砂岩，厚度2.2m，硅质胶结，层面有黄铁矿薄膜。

2）直接顶：深灰色粉砂岩，厚度0～6.85m，平均3.8m，泥硅质胶结，条纹条带状，含植物化碎片，局部有不稳定煤线。

3）伪顶：深灰色泥岩，厚度0～0.6m，平均0.2m，泥质胶结，易破碎。

4）直接底：褐灰色~深灰色粉砂岩，厚度1.4m，泥质胶结，阶梯状断口，含大量植物根化石。

5）老底：深灰色细砂岩，厚2.6m，中厚层状，硅泥质胶结，层面含苛达化石及轮木化石。

2.3水文地质及其他

煤7顶板为砂岩裂隙弱含水层，巷道涌水量较小。裂隙发育时局部有滴淋水。本工作面上邻1375W 采空区有积水空间21000m3，对风道掘进有影响。上覆5煤层无积水对该掌无影响。最大涌水量：Qmax＝0.35m3/min，正常涌水量：Q正常＝0.23m3/min。瓦斯情况：瓦斯涌出量1.2 m3/min，CO20.96 m3/min。煤尘：具有爆炸性，爆炸指数41.61%。煤层：有自然发火倾向，自然发火期参照12s发火期为12个月。

3. 优化设计

3.1巷道布置的原则

1）空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影响和多次影响；时间上尽量缩短支承压力影响时间。

2）巷道布置在应力降低区或原岩应力区。

3）采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽可能小。

4）如果需要留煤柱保护巷道，所留护巷煤柱尺寸应使巷道不受支承压力影响或影响较小。

5）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板岩巷与煤柱边缘的水平距离X、与煤层垂直距离Z。

6）在围岩受采动影响稳定后再掘巷道。

7）巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向平行，避免与之垂直。

3.2巷道设计

根据以上原则最好选用沿空留巷布置方式，但是1376W工作面上邻1375W 采空区有积水空间21000m3，严重影响1376W工作面风道掘进的安全，因此必须预留煤柱掘进，为了减少支承压力影响，避开应力高峰区，选取留4m小煤柱掘进，将应力引到采面煤壁侧。倾斜下方1377W工作面正在回采，为了避免和减少采动压力影响和叠加应力影响，先掘进1376W风道后掘进1376W运道，确保了工程如期交付。

4. 巷道支护

4.1初步支护设计

正顶采用7孔U型钢带长4300mm，孔间距700mm，配合U型锚杆盘，顶锚杆使用Φ22.5mm长2400mm左旋高强锚杆，排距800mm，两帮采用4孔钢筋梯子（间距见布置图），帮锚杆采用Φ20mm长1800mm右旋等强帮杆，锚固剂使用ZK2333型树脂锚固剂。正顶及非采面侧使用金属网，采面侧使用塑料网。正顶配合Φ17.8mm长8m的高强锚索加强支护，顶锚索盘使用长400mm的25U型钢。

4.2加强支护补充

掘进后发现两帮压力显现明显，底鼓严重。在两帮增加两趟Φ15. 23mm长3m的帮锚索，距顶1200mm间距1000mm。在两帮底根每排各加打一棵Φ20mm长1800mm的等强锚杆，距底板200mm，与巷帮夹650角。

5. 矿压观测

5.1 观测目的

通过对巷道表面位移观测，探索掘进时的矿压显现特征和顶底板位移量。分析巷道受压变形破坏情况，完善巷道的支护参数选择，为今后高应力巷道掘进提供依据。

5.2 观测内容

顶底板移近量，两帮移近量等。

5.3 观测点布置及观测方法

顶板离层的监测采用顶板离层指示仪，每天观测一次。顶板离层指示仪每隔30m～50m安设一个，在地质构造带与巷道交叉点内都应适当安设，指示仪应设在巷宽的中部，紧跟迎头。

位移量测：包括两帮相对位移，顶板下沉及底鼓，巷道掘进10天内，顶板累计下沉量小于50mm，最大下沉速度小于6mm/天，巷道掘进50天内，顶板累计下沉小于150mm，最大下沉速度小于3mm/天。监测期间如果位移值超过上述范围应立即汇报，以便分析原因，采取措施。

5.4 定期拉拔确保支护质量

检查锚杆设计锚固力应作拉拔试验，试验数量每进不超过30m巷道，新打锚杆不超过120棵，抽样一组（3根）进行检查拉拔加载至锚杆设计锚固力的90% 。

5.5 数据资料整理分析

1376上风道观测自2008年4月20日开始设点，共设29组位移观测点，1376下运道观测自2008年6月24日开始设点，共设27组位移观测点，观测点自设置之日起15日后基本稳定，稳定后3天观测一次，取得了1651个有效数据。通过计算，顶底板移近量: 最大值13mm，平均0.13mm/d；两帮移近量: 最大累计值38mm，平均0.38mm/d 。通过对 1376风巷矿压观测，1376支护效果明显，满足了安全生产的需要。

6. 作业循环及技术指标

6.1机掘图表：

6.2 炮掘图表：

6.3 主要技术经济指标

巷道名称 经济指标

掘进方式 日进度(m) 月进度(m) 顶杆

(个/m) 帮杆

(个/m) 药卷

(个/m)

2075E风道 机掘 12.8 384 8.75 10 46.25

炮掘 6.4 192

2075E 运道 机掘 12.8 384 8.75 10 46.25

炮掘 6.4 192

炮掘 6.4 192

7. 结束语

通过对1376W孤岛工作面的掘进施工，探索了巷道选择、支护设计，巷道支护、现场施工等技术，积累了孤岛工作面的掘进经验，实现了孤岛工作面的安全、快速、高效掘进，为今后相似条件下的巷道掘进提供了有力的理论依据。

作者简介：陈广伟，男，1981年11月生，内蒙古赤峰人，2005年毕业于黑龙江科技大学资源与环境工程学院,助理工程师。