2#煤層回采工作面過空巷安全開采技術(shù)

劉永成

(山西煤炭運銷集團(tuán)巨開元煤業(yè)有限公司，山西 汾西 031500)

嘉陽煤礦是按照晉煤重組辦發(fā)〔2009〕51號文件精神確定的兼并重組礦井巨開元煤業(yè)有限公司的主體保留礦井，在巨開元煤業(yè)有限公司基本建設(shè)期間過渡生產(chǎn)。礦井2010年新核定生產(chǎn)產(chǎn)能30萬t/年，為低瓦斯礦井，2#煤層具有爆炸危險性。2－201回采工作面是嘉陽煤礦2009年晉煤重組工作前遺留的短壁炮采工作面，工作面空巷縱橫分布較多，2010年礦井生產(chǎn)技術(shù)升級改造后為長壁高檔普采面。

2－201高檔普采面開采工程中，需要解決:空巷多、礦壓大、難以支護(hù)問題;空巷造成通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜紊亂。在開采過程中，如果不能解決由空巷大面空頂引起的嚴(yán)重礦壓問題，回采面將可能出現(xiàn)大面積冒頂事故;如果不能妥善解決空巷通風(fēng)問題，將可能造成瓦斯?jié)舛壬?、煤塵堆積，繼而引發(fā)瓦斯、煤塵惡性事故。因此，解決回采過程中空巷支護(hù)及通風(fēng)問題，具有重大意義。

1 2－201回采工作面概況

1.1 工作面儲量

2－201回采工作面屬于走向長壁，可采走向長度310 m，工作面傾向布置長度為100～140 m，工作面平均采高1.85 m，可采儲量8.8萬 t。

1.2 煤巖層賦存及水文地質(zhì)狀況

1.2.1 煤層賦存

2#煤層結(jié)構(gòu)簡單、賦存穩(wěn)定，平均傾角7°;硬度2.5 ～3，真密度 1.35 t/m3，煤種為 1/3 焦煤。

1.2.2 煤層頂?shù)装?/p>

偽頂為黑色泥巖，約0～0.3 m，厚薄不一，硬度較低，性脆易冒落;直接頂為黑灰色泥巖，厚度2.4 m左右，巖層穩(wěn)定致密，性脆、層理發(fā)育，回采后頂板能及時垮落;老頂為粉砂巖和泥巖互層，灰黑色，厚度8～9 m，初次來壓步距為20～30 m，周期來壓步距為10～20 m。根據(jù)頂板實際情況觀察，屬于Ⅲ類中等穩(wěn)定頂板，來壓不明顯。直接底為灰黑色泥巖，夾2層煤線，厚度11.6 m，灰黑色，性脆塊狀結(jié)構(gòu)，易斷裂，遇水易發(fā)生底鼓，隔水性好，屬較穩(wěn)固巖石?；镜诪榛野咨?xì)粒石英砂巖，層狀結(jié)構(gòu)，水平層理清晰，厚度 7.5 m。

1.2.3 圍巖賦水狀況

K8砂巖為頂板主要含水層，該層含水層在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)裂隙不發(fā)育，賦水性不強(qiáng)。正常涌水量10 m3/d，最大涌水量15 m3/d。

1.3 工作面及兩巷支護(hù)

1.3.1 工作面基本支護(hù)

工作面采用DZ－2200型單體液壓支柱配合2.6 m π梁成對布置，鋪設(shè)菱形金屬頂網(wǎng)支護(hù)，對梁交錯邁步棚式支護(hù)，全部垮落法管理頂板。支護(hù)參數(shù):支柱初撐力≥11.5 MPa，工作面對梁五柱(超前梁下支設(shè)三柱，分別位于第一、二、三排道，間距0.6 m;滯后梁支設(shè)兩柱，分別位于第二、四排道，間距1.2 m)，四排道管理，支柱布置排距0.6 m，機(jī)道1.4 m;對棚棚距0.75 m，對梁間距 0.25 m，對梁錯距 0.6 m，移梁步距 1.2 m，端面距 0.2 m，最大控頂距 4.2 m。

1.3.2 端頭支護(hù)

工作面機(jī)頭、機(jī)尾均使用“五對十梁”支護(hù)，采用DZ－2500型單體液壓支柱配合3.6 m π型梁成對布置。支護(hù)參數(shù):支柱一梁三柱，超前梁下柱第一排與第二排為1.2 m，第二排與第三排為0.6 m，超前梁下的第一根支柱緊貼(機(jī)頭、機(jī)尾)電機(jī)布置;滯后梁第一根支柱距電機(jī)90 cm布置。π型梁布置參數(shù)同工作面基本支護(hù);π型梁必須將機(jī)頭、機(jī)尾覆蓋住。

1.3.3 超前支護(hù)

兩巷超前支護(hù)采用DZ－2500型配合2.8 m π梁順巷雙排支護(hù)。支護(hù)參數(shù):同排π梁首尾間距0.2 m，一梁三柱，支柱支護(hù)間距1 m;超前支護(hù)梁柱成對支設(shè)，支護(hù)長度不小于20～30 m。

1.4 技術(shù)裝備

工作面采用MG170/410－WD采煤機(jī)落煤、SGB－630/220刮板運輸機(jī)運輸，順槽鋪設(shè)DGJ－800皮帶輸送機(jī)運輸。機(jī)組端頭斜切入刀，往返各一刀。

1.5 回采面通風(fēng)狀況

回采工作面基本通風(fēng)方式“U”型通風(fēng)，采用皮帶順槽進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)巷(軌道巷)回風(fēng);基本配風(fēng)量430 m3/min。

1.6 空巷分布狀況

工作面空巷共計19條，相互貫通聯(lián)系，所有空巷總長1 083 m。其中與工作面平行4條，總長251 m;斜交13條，總長585 m;垂直2條，總長247 m?？障锲骄鶎挾? m，沿煤層掘進(jìn)施工;巷內(nèi)頂板基本沒有支護(hù)，個別巷段采用木點柱支護(hù);巷中積渣，局部巷段冒頂，對整個回采工作影響較大。

2 2#煤過空巷安全開采實用技術(shù)

2.1 頂板加強(qiáng)支護(hù)措施

1)采用錨網(wǎng)梁支護(hù)超前工作面30 m對逐條空巷加強(qiáng)支護(hù)。錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù):錨桿采用d20 mm×2 200 mm左旋無縱螺紋鋼錨桿支護(hù)，錨桿間排距1～1.5 m，初撐力≥180 N·m。頂板鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)長邊搭接100 mm，長邊對接，每20 cm聯(lián)一道;托梁規(guī)格:2 000 mm×80 mm，垂直于空巷布置。

2)與工作面垂直或斜交的空巷，在錨網(wǎng)梁支護(hù)后，再使用2.2 m單體液壓支柱配合π梁二次支護(hù)。支護(hù)參數(shù):2.6 m π梁順巷雙排成對支護(hù)，一梁二柱，柱距1.4 m，對梁距1 m，同排梁布置間距 0.2 m，單體液壓支柱初撐力≥11.5 MPa，π梁與頂板間必須采用木板梁、構(gòu)木背實剎嚴(yán)。

3)與工作面平行的空巷，在錨網(wǎng)梁支護(hù)后，必須用木垛二次支護(hù):木垛采用1.2 m道木盤打，沿空巷布置，間距5 m;木垛與頂板間必須接實，確保足夠初撐力。

2.2 安全開采技術(shù)措施

1)工作面在推進(jìn)揭露空巷前10～15 m，必須提前對揭露空巷的工作面段局部調(diào)斜，調(diào)斜工作面段長度不小于20 m，使工作面與空巷成≥25°夾角，嚴(yán)禁大面積揭露空巷。

2)在揭露空巷的工作面段，上下各3～5 m范圍內(nèi)，必須加強(qiáng)支護(hù)。采用3.6 m π梁代替工作面正常支護(hù)的2.6 m π梁，同時縮小正常支護(hù)棚距為0.6 m，并把支護(hù)控制在三排道管理;該區(qū)段內(nèi)支護(hù)的第一排支柱隔柱穿鐵鞋，使初撐力足夠，支柱迎山有力，防倒連鎖齊全;該支護(hù)作業(yè)加強(qiáng)區(qū)段，隨工作面推進(jìn)，及時移動。2－201回采面揭露空巷圖見圖1，空巷工作面支護(hù)布置示意圖見圖2。

3)局部冒頂空巷，提前采用梁上架設(shè)木垛的辦法維護(hù)，然后再推采過空巷。

4)空巷與工作面交叉處，除正常對棚支護(hù)外，若空頂面積≥0.5 m×0.8 m，必須加補帶帽單體液壓支柱支護(hù)。

5)與工作面夾角較小的空巷推采跨過時，空巷內(nèi)全部采用木垛支護(hù)，機(jī)組直接割透。

6)采煤機(jī)割過揭露空巷的工作面段時，必須降低速度，配合工作面作業(yè)工序，及時移梁、盡快頂移工作溜子，使空巷內(nèi)支撐支柱、π梁齊全有效的情況下，最終形成工作面正式支護(hù)形式。

2.3 過空巷通風(fēng)管理

隨工作面推進(jìn)過空巷時，如果空巷內(nèi)沒有風(fēng)流，就可能出現(xiàn)在瓦斯積聚區(qū)作業(yè)現(xiàn)象，所以給空巷配風(fēng)是一項必須的工作。2－201回采面通風(fēng)系統(tǒng)圖見圖3。

圖3 2－201回采面通風(fēng)系統(tǒng)圖

1)空巷相互貫通聯(lián)系是配風(fēng)的必須條件。配風(fēng)量多少由空巷設(shè)在回風(fēng)側(cè)調(diào)節(jié)大小來實現(xiàn)，根據(jù)井下實際操作經(jīng)驗，空巷內(nèi)配備60～80 m3/min(空巷風(fēng)速0.3 m/s)，調(diào)節(jié)斷面500 mm ×600 mm，即能滿足要求。

2)回采面“U”型通風(fēng)路線:2－201皮帶順槽進(jìn)風(fēng)流→工作面→揭露的各條空巷或工作面→2－201回風(fēng)巷回風(fēng)流中。

3)回采面正常情況下配風(fēng)400～460 m3/min，按需增加空巷數(shù)整體配風(fēng)，一般配風(fēng)空巷數(shù)控制在3條以內(nèi)，這主要通過工作面局部調(diào)斜，分先后揭露工作面空巷數(shù)目來實現(xiàn)。回采面總風(fēng)量一般控制在560～750 m3/min;回采面總風(fēng)流控制，通過設(shè)在回風(fēng)巷側(cè)調(diào)節(jié)大小來調(diào)控。

4)工作面?zhèn)冉衣兜目障镌O(shè)置柵欄，由當(dāng)班瓦斯檢查員把關(guān):測定柵欄前瓦斯?jié)舛?，?yán)禁人員進(jìn)入，柵欄距工作面煤壁5 m。配風(fēng)空巷的回風(fēng)側(cè)設(shè)置調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)，禁止人員入內(nèi)。其余不通風(fēng)的空巷全部密閉。

5)回采面設(shè)立專用的設(shè)施臺賬，由瓦斯檢查員負(fù)責(zé)，班班交接匯報，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2.4 “U”型通風(fēng)改為“W”型通風(fēng)，推采過回風(fēng)巷。

2－201回采面“W”型通風(fēng)系統(tǒng)圖見圖4。

圖4 2－201回采面“W”型通風(fēng)系統(tǒng)圖

由圖4可知，當(dāng)2－201回采面推至回風(fēng)巷A點時，工作面將必須停止推進(jìn)。但考慮到專用回風(fēng)巷AB至停采線間仍有1.5萬t資源，嘉陽過渡礦井資源枯竭，本著精采細(xì)采原則，推采過回風(fēng)巷，具體技術(shù)革新方案如下:

1)推采過原回風(fēng)巷AB，把垂直于工作面的中部空巷BC作為新回風(fēng)巷，使2－201回采面原來的U”型通風(fēng)改為“W”型通風(fēng)。系統(tǒng)變化如下:

原系統(tǒng)2－201皮帶順槽進(jìn)風(fēng)→工作面或空巷回風(fēng)→2－201回風(fēng)巷。

現(xiàn)系統(tǒng)2－201皮帶順槽進(jìn)風(fēng)→左半工作面→中部垂直空巷→回風(fēng)巷和2－201軌道聯(lián)巷進(jìn)風(fēng)→右半工作面→中部垂直空巷→回風(fēng)巷系統(tǒng)。

2)“W”型通風(fēng)，左半工作面進(jìn)風(fēng)量由皮帶順槽所設(shè)調(diào)節(jié)的大小來確定，右半工作面進(jìn)風(fēng)量由2－201回風(fēng)巷所設(shè)調(diào)節(jié)的大小來確定。左半工作面配風(fēng)量 220 m3/min，右半工作面進(jìn)風(fēng)量配風(fēng)量430 m3/min。

3)工作面中部垂直空巷作為回風(fēng)巷，巷口壓力集中，容易造成巷口積渣，堵塞通風(fēng)斷面。為此制定專項技術(shù)管理措施，回采隊班班清理巷口積渣，確保回風(fēng)斷面不小于2.8(寬)×1.85(高)m2;采煤機(jī)停機(jī)時，不得停在回風(fēng)巷口上下20 m范圍內(nèi)。

2.5 過空巷安全管理

1)過空巷期間，必須堅持礦長、科長、隊長全程跟班制，現(xiàn)場指揮，把揭露空巷的工作面段當(dāng)做重點來抓。

2)備齊備足過空巷期間所需的各種材料:包括坑木、單體液壓柱、π梁(其中單體液壓柱備用必須滿足2.2 m采高，以備空巷冒頂區(qū)用)、拔柱器等。

3)安排有經(jīng)驗老工人專門進(jìn)行空巷內(nèi)維護(hù)工作，及時檢查空巷內(nèi)支護(hù)強(qiáng)度。與工作面斜交或平行空巷因礦壓影響嚴(yán)重，威脅操作人員安全的空巷，由當(dāng)班跟班礦長決定，是否再進(jìn)行維護(hù)。

4)人員進(jìn)入機(jī)道作業(yè)時，必須小心機(jī)道內(nèi)頂板和煤壁支護(hù)安全、機(jī)道內(nèi)工作溜和機(jī)組運行安全，防止頂板掉矸、煤壁片幫傷人，防止工作溜子和機(jī)組誤動傷人。

5)做好空巷內(nèi)有害氣體防治工作，安排跟班瓦斯檢查員定時巡檢;安排專門測風(fēng)員定期檢查各條空巷配風(fēng)量，確?？障锱滹L(fēng)量、嚴(yán)禁人員進(jìn)入空巷無風(fēng)區(qū)。

3 過空巷安全開采技術(shù)分析

3.1 生產(chǎn)效益

嘉陽過渡礦井資源枯竭，精采細(xì)采符合嘉陽礦實情。2－201回采工作面可采儲量8.8萬t，原煤噸煤原始成本686.4萬元，規(guī)費總計399.08萬元，空巷維護(hù)額外費用55.54萬元，噸煤單價按500元/t計算，總利潤3 258.98萬元，噸煤利潤370.34元/t。通過技術(shù)革新，將“U”型通風(fēng)改為“W”型通風(fēng)，推采過回風(fēng)巷，多回收資源1.5萬t，增收利潤555.5萬元。

3.2 過空巷經(jīng)驗

2#煤層回采工作面，在小窯空巷分布較多的情況下，從根本上解決了支護(hù)和通風(fēng)問題，最終實現(xiàn)了安全開采。關(guān)鍵技術(shù)及安全管理因素總結(jié)如下:

1)空巷超前支護(hù)，有效遏制了空巷內(nèi)頂板條件惡化，把頂板下沉量由原來的600～800 mm，縮小為200～300 mm。

2)通過工作面局部預(yù)先調(diào)斜，使工作面與空巷夾角≥25°，使空巷揭露面積≤10 m2，給推采過空巷打下了基礎(chǔ)。

3)將揭露空巷段的工作面支護(hù)，控制在三排道管理，并使2.6 m π 梁加長為 3.6 m，使揭露頂板及時支護(hù)。

4)施工工藝優(yōu)化配合，降低采煤機(jī)割煤速度，配合頂溜、移梁工作，減少頂板空頂時間。

5)系統(tǒng)有計劃地給揭露的空巷配風(fēng)，抓好通防設(shè)施現(xiàn)場管理，是解決過空巷通防工作的關(guān)鍵。

6)利用垂直于工作面的空巷回風(fēng)，跨采原回風(fēng)巷，改變工作面的“U”型通風(fēng)為“W”型通風(fēng)，不但去掉回采面上隅角瓦斯積聚區(qū)，而且使原軌道巷回風(fēng)流中電器設(shè)備改處于新鮮風(fēng)流中。

2－201回采面過空巷安全開采，支護(hù)及時、縮小空頂面積、配足風(fēng)量、管好通防設(shè)施、現(xiàn)場管理到位，為以后2#煤回采工作面安全開采積累了經(jīng)驗。

［1］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程［S］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2011:27－40，56－91.

［2］張榮立，何國緯，李 鐸.采礦工程設(shè)計手冊［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2003:993－1165，3198－3200，3206－3236.