大傾角工作面平行過老巷關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

匡中文，顧振宇，白長江，花文雷，呂 玉，柳洪杰

(1.河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司城郊煤礦，河南永城476600;2.永城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南永城476600)

城郊煤礦2805工作面里段北西為2218工作面(已采)，外段北西為二2煤層露頭保護(hù)煤柱，西南為F4斷層保護(hù)煤柱;東南為F16逆斷層保護(hù)煤柱和F34斷層，北為2804工作面 (已采)。工作面總體為單斜構(gòu)造，里段煤層傾角較大，平均18°(局部達(dá)31°)，外段煤層相對平緩，平均15°。從工作面2條運(yùn)輸巷實際揭露情況看，工作面煤層穩(wěn)定。

1 工作面過老巷概況

2805綜采工作面在回采過程中，需過2805工作面1號、2號、3號、4號及5號聯(lián)巷。2805工作面1號、2號、3號及5號聯(lián)巷頂板支護(hù)方式為錨網(wǎng)帶，錨桿選用φ20mm×2200mm高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，鋼帶選用3.6m長的M鋼帶，配合使用規(guī)格為150mm×100mm×12mm型M托盤，網(wǎng)為1m×2m的金屬平焊網(wǎng)，并用錨索梁進(jìn)行加固;幫部支護(hù)方式為錨網(wǎng)梯，錨桿選用φ18mm×2200mm高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距均為750mm×800mm，矩形布置，從煤幫向外依次采用4m×1.4m的雙抗網(wǎng)、1m×2m的金屬平焊網(wǎng)、2.5m長的豎向鋼筋梯 (用φ16mm的圓鋼加工)和150mm×150mm×8mm的鐵托盤。2805工作面4號聯(lián)巷為錨網(wǎng)噴支護(hù)。根據(jù)相關(guān)施工資料顯示，2805工作面3號、4號及5號聯(lián)巷均沿煤層掘進(jìn);1號聯(lián)巷機(jī)頭方向13m為穿層巷道，穿入煤層頂板;2號聯(lián)巷機(jī)頭方向27m為穿層巷道，穿入煤層底板。其中2805工作面1號聯(lián)巷和2號聯(lián)巷與工作面傾向近平行。2805綜采工作面過老巷期間，工作面兩巷高差在57～63m之間，平均坡度17°，局部最大坡度達(dá)28°。以往工作面過老巷往往采取調(diào)斜的方式，避免工作面一次性揭露老巷范圍過大，確保頂板支護(hù)安全。2805綜采工作面受條件限制，由里段過渡到外段時，需調(diào)機(jī)頭，回采方向以機(jī)尾為中心需旋轉(zhuǎn)調(diào)整10°。在調(diào)整的過程中，帶來了新的問題，即工作面接近與老巷平行通過(如圖1所示)。由于老巷眾多，交叉點也多，空頂面積大，應(yīng)力集中。同時，軌道巷外為2218工作面采空區(qū)，保護(hù)煤柱寬度小，造成聯(lián)巷間軌道巷超前壓力顯現(xiàn)劇烈，頂板支護(hù)存在眾多不安全因素。

2 大傾角工作面平行過老巷安全技術(shù)措施

2.1 應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)力環(huán)境改善

聯(lián)巷與運(yùn)輸巷、聯(lián)巷與聯(lián)巷交叉位置為應(yīng)力集中區(qū)，圍巖及煤體內(nèi)應(yīng)力大于原巖應(yīng)力，當(dāng)超前支護(hù)壓力區(qū)移動到該位置時，礦山壓力顯現(xiàn)明顯，將造成頂板下沉甚至是漏頂?shù)葐栴}，應(yīng)提前采取以下加強(qiáng)支護(hù)措施:

軌道巷660～628m工字鋼架棚支護(hù)段采用單體支柱配合π型梁架傾向棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，棚距800mm±100mm，一梁三柱。軌道巷675～660m，628～613m，膠帶運(yùn)輸巷675～727m段采用單體支柱配合π型梁架傾向棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，1號、2號聯(lián)巷距軌道巷10m范圍內(nèi)，1號、5號聯(lián)巷距膠帶巷10m范圍內(nèi)采用單體支柱配合π型梁架走向棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，棚距600mm±100mm，一梁三柱?；夭蓚?cè)及煤柱側(cè)單體支柱距幫200～600mm，單體支柱初撐力不得低于6.5MPa。

圖1 工作面過老巷平面布置

膠帶巷675～707m段絞架支護(hù)段采用單體支柱配合π型梁架傾向棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，棚距600mm±100mm，一梁兩柱;當(dāng)超前支護(hù)到該位置時，補(bǔ)齊中間柱?；夭蓚?cè)及煤柱側(cè)單體支柱距幫200～600mm，超前單體支柱初撐力不得低于3.0MPa，端頭單體支柱初撐力不得低于6.0MPa。

在1號聯(lián)巷泵坑內(nèi)、1號與3號聯(lián)巷交叉口、2號與3號聯(lián)巷交叉口、1號與4號聯(lián)巷交叉口處各打1個木垛支護(hù)頂板。2號與3號聯(lián)巷、5號聯(lián)巷交叉位置懸頂面積較大，且存在三角煤柱，打4個木垛支護(hù)頂板。5號聯(lián)巷內(nèi)JD－25絞車處，因存在絞車硐室，造成該段空頂面積大，打2個木垛支護(hù)頂板。圓雜木直徑不小于150mm，最下層圓雜木順著巷道方向鋪設(shè)，每層使用圓雜木的數(shù)量不少于2根，相鄰的圓雜木使用雙股連網(wǎng)繩捆綁，至少纏繞2圈。過老巷期間聯(lián)巷加強(qiáng)支護(hù)如圖2所示。

2.2 過老巷期間通風(fēng)管理

過老巷期間，聯(lián)巷內(nèi)通風(fēng)設(shè)施受壓力作用極易損壞漏風(fēng)，造成工作面風(fēng)量減小。為避免風(fēng)流短路，工作面風(fēng)量不足，生產(chǎn)中根據(jù)工作面推進(jìn)，及時與通風(fēng)隊調(diào)整通風(fēng)設(shè)施，做好通風(fēng)設(shè)施的維護(hù)和管理，保證了通風(fēng)安全可靠，工作面正常推進(jìn)。工作面揭露1號聯(lián)巷20m前，拆除軌道巷與1號聯(lián)巷交叉處調(diào)節(jié)風(fēng)窗、1號與4號聯(lián)巷交叉處調(diào)節(jié)風(fēng)門，同時在1號聯(lián)巷與膠帶巷交叉口、2號與4號聯(lián)巷交叉口附近構(gòu)筑臨時調(diào)節(jié)風(fēng)窗，避免工作面風(fēng)流短路。

圖2 過老巷期間加強(qiáng)支護(hù)

工作面揭露2號聯(lián)巷20m前，在2805膠帶巷與2號聯(lián)巷交叉位置采用直徑152.4mm排水管導(dǎo)通，拆除密閉，恢復(fù)5號聯(lián)巷與膠帶巷間2號聯(lián)巷內(nèi)通風(fēng)。拆除5號聯(lián)巷內(nèi)調(diào)節(jié)風(fēng)門，同時在2號聯(lián)巷與軌道巷交叉口、5號聯(lián)巷與膠帶巷交叉口附近構(gòu)筑臨時調(diào)節(jié)風(fēng)窗，避免工作面風(fēng)流短路。

2.3 軌道巷超前支護(hù)段維護(hù)

軌道巷臨近2218工作面采空區(qū)，壓力顯現(xiàn)明顯，頂板下沉，巷道幫部變形嚴(yán)重。當(dāng)該段巷道進(jìn)入超前區(qū)內(nèi)后，巷道寬度1.7～2.4m，巷道高度1.8～2.2m，巷道高度、寬度無法滿足安全生產(chǎn)需要。工字鋼架棚支護(hù)段工字鋼棚腿受壓變形嚴(yán)重，支護(hù)效果差。針對這種情況，采取了以下措施:

(1)加密工字鋼架棚段巷道支護(hù)。在原套棚間工字鋼梁下加打單體支柱，并穿鞋 (木柱鞋和塑料柱鞋)帶帽 (木托板)，保證支柱初撐力。

(2)增加走向棚。在中間排支柱向煤墻側(cè)300mm處采用4m長π型梁和單體支柱架走向棚支護(hù)頂板，一梁三柱，棚梁與工字鋼棚梁及π型梁垂直交叉，交叉處墊背木防滑。

(3)回采側(cè)擴(kuò)幫、煤柱側(cè)刷幫。在回采側(cè)擴(kuò)幫500～800mm，在煤柱側(cè)刷幫200～300mm，確保巷寬在2.6m以上。

(4)超前區(qū)內(nèi)拉底。巷道底鼓段班班堅持拉底，由驗收員落實，保證巷高在2.3m以上。

(5)支柱防倒、防崩管理。支設(shè)完單體支柱后，按標(biāo)準(zhǔn)掛好防倒繩，綁4道防崩管。防護(hù)措施到位后，人員方可進(jìn)入超前區(qū)內(nèi)作業(yè)。

2.4 保持工作面中部超前

大量現(xiàn)場實踐、實驗研究和理論分析表明:大傾角煤層走向長壁工作面開采中，沿傾斜方向礦壓顯現(xiàn)呈現(xiàn)出“先中部”、“次上部”、“再下部”的基本特征，具有時序性。直接頂、基本頂及高位巖層的運(yùn)移規(guī)律具有時序性和不均衡性。傾斜方向中、上部區(qū)域內(nèi)“三帶”特征明顯，且層位較高;傾斜下部區(qū)域內(nèi)的頂板巖層沒有明顯的“三帶”特征或“三帶”形成的層位較低且不完整［1］。由于工作面接近平行過老巷，一次性揭露老巷范圍大，為避免頂板在支架前方切斷、冒落，使工作面中部超前1～3排，減小工作面前方頂板空頂面積。

2.5 保持一定采高

工作面采高控制在2.7～3m之間，當(dāng)采高不夠時，應(yīng)臥底不可挑頂，防止采高不夠造成工作面進(jìn)入頂板，割到頂板錨索等，造成工作面推進(jìn)困難，甚至是無法推進(jìn)。

2.6 實測工作面剖面圖與老巷剖面圖比對

在過老巷期間，提前100m繪制老巷剖面圖。距離老巷25m時開始每天繪制工作面剖面圖，與老巷剖面圖比對，適時做出工作面調(diào)整。

圖3 工作面實測剖面圖與前方老巷實測剖面圖比對

2.7 及時處理老巷巷幫錨桿

平行過老巷期間，工作面一次性暴露大量錨桿，處理不及時將造成滾筒纏錨桿，運(yùn)輸機(jī)拉錨桿，威脅工作面人身安全。生產(chǎn)中使用液壓錨桿剪，及時截斷露出的錨桿頭，并將剪掉的錨桿集中碼放在膠帶巷和軌道巷超前支護(hù)外。與此同時，在工作面每隔30架和刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭處安排人員觀察運(yùn)輸機(jī)槽內(nèi)煤流，發(fā)現(xiàn)錨桿后，立即停機(jī)、打閉鎖、停電取出錨桿，然后方可開機(jī)正?；夭?。

3 結(jié)論

(1)保證了大傾角工作面平行過老巷期間的頂板支護(hù)安全。在工作面一次性揭露大范圍頂板的情況下，沒有發(fā)生冒頂事故，保證了頂板穩(wěn)定性。

(2)提高了工作面推進(jìn)速度。通過該項目的實施，比礦預(yù)計通過老巷時間至少提前10d，按每天6刀煤，每刀煤500t，每噸煤500元計算，創(chuàng)造價值1500萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

(3)惡劣條件下保障了工人的人身安全。過老巷期間空頂面積大，工作面錨桿很多，兩巷加固單體支柱鉆底嚴(yán)重，職工在如此惡劣的工作環(huán)境下工作確保了人身安全。

通過該項目的實施，掌握了大傾角工作面平行過老巷的關(guān)鍵技術(shù)，保證了大傾角工作面平行過老巷推進(jìn)期間的安全生產(chǎn)，為以后類似條件工作面的回采提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。

［1］謝盤石.大傾角煤層長壁開采覆巖結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性研究［D］.西安:西安科技大學(xué)，2011.

［2］牛保爐，張益東，程敬義，等.大傾角雙斜工作面巖移規(guī)律數(shù)值模擬研究［J］.中國煤炭，2011，37(4):59－63，68.