厚煤層綜放工作面過空巷開采技術(shù)實踐

閆俊杰

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)公司，山西太原 030000)

空巷是小煤礦無序開采或由于綜采工作面設(shè)計方案改變在回采工作面中部留下的巷道。綜采工作面過空巷一直是煤礦開采的一個難題，在綜采工作面回采過程中，由于受采動和超前支承壓力的影響，空巷內(nèi)的頂板容易下沉，當(dāng)綜采工作面與空巷貫通期間，容易發(fā)生大面積的冒頂，壓垮支架影響安全生產(chǎn)［1］。大同礦區(qū)韓家洼煤礦在開采22#煤層時，由于原始開采設(shè)計方案不合理，進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計后，導(dǎo)致22101綜放工作面中含有廢棄的回風(fēng)平巷與開切眼，當(dāng)22101綜放工作面推進(jìn)到距南軌道巷98m處時，將先后遇到原綜采工作面回風(fēng)平巷與開切眼。為保證綜放工作面安全開采和最大限度的回收煤炭資源，需要開展綜放工作面過空巷安全開采技術(shù)和安全保障措施研究。

1 工作面概況

韓家洼煤礦22101綜放工作面布置在礦井東南側(cè)，南部為井田邊界、西鄰一采區(qū)南軌道大巷，北部為22102工作面，東部為實體煤。煤層平均厚度11.78 m，回采巷道沿煤層底板掘進(jìn)，工作面采用單一走向長壁后退式低位放頂煤開采方法，采煤高度為3 m，放頂高度8.78 m?？障锱c22101綜放工作面布置如圖1所示。

圖1 22101綜放面布置示意圖

2 空巷對回采的影響［2，3］

2.1 空巷位置對回采的影響

兩條空巷都是沿煤層中部布置，原回風(fēng)平巷與綜放工作面推進(jìn)方向平行，巷道平均寬度3.5 m，工作面通過時影響長度120 m;開切眼與工作面推進(jìn)方向一致，巷道平均寬度4.5 m，影響長度約61 m。按照采高3 m計算，綜放工作面過空巷時，上面留有0.3 m頂煤。巷道位置示意圖如圖2所示。

隨著綜放工作面的開采，工作面前方形成支承壓力升高區(qū)，礦壓顯現(xiàn)明顯，根據(jù)現(xiàn)場觀測，超前支承壓力顯現(xiàn)范圍為15～20 m。

由于原回風(fēng)平巷與綜放工作面推進(jìn)方向平行，空巷與工作面揭露面積最大，礦壓顯現(xiàn)最劇烈。隨著綜放工作面推進(jìn)，空巷受礦壓影響劇烈，破壞程度加深，導(dǎo)致綜放工作面支架上方頂板失穩(wěn)，支架工作阻力增大，煤體破碎，極易引起綜放工作面煤壁片幫和頂板冒落事故，因此要對空巷加強(qiáng)支護(hù)。

圖2 巷道位置示意圖

2.2 空巷斷面對回采的影響

空巷增大了綜放工作面局部控頂面積，使空巷段煤壁在超前采動影響下，強(qiáng)度降低，對空巷內(nèi)支護(hù)和煤壁管理困難。尤其是隨著空巷寬度的增加，巷道被揭露長度越大，空頂面積就越大，礦壓顯現(xiàn)越強(qiáng)烈，圍巖、煤體及支架破壞程度越深，造成頂板冒落，煤壁片幫，支架折損現(xiàn)象增多，對生產(chǎn)管理極為不利，因此要對空巷加強(qiáng)支護(hù)。

3 過空巷施工方案及安全技術(shù)措施

3.1 施工方案選擇

工作面過空巷是煤礦開采中經(jīng)常遇到的問題，可以采取的方法包括［4］:(1)用密集支柱或木垛加強(qiáng)對空巷頂板的支護(hù);(2)用錨桿、錨索加固空巷頂板和兩幫;(3)以空巷為開切眼重新布置工作面。第(3)種方法主要用于炮采或普采等較易搬家的工作面，綜采或綜放工作面一般采用前2種方法。

由于密集支柱或木垛承載能力低，難以抵抗工作面超前支承壓力的作用，空巷在超前支承壓力的作用下出現(xiàn)冒頂和兩幫大范圍的片幫，最終巷道被垮落的頂板巖石填滿，給工作面過空巷造成很大困難。當(dāng)工作面漸近空巷時，空巷和工作面之間的煤柱已處于破碎或塑性狀態(tài)，基本無承載能力，基本頂在空巷上方產(chǎn)生斷裂，使工作面頂板下沉量增加，支架工作阻力急劇升高、煤壁片幫，發(fā)生壓死或壓壞支架等事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，威脅安全生產(chǎn)。

若采用錨桿和錨索加固空巷，對維護(hù)空巷頂板和兩幫的完整性有一定的作用，空巷頂板一般不會大面積垮落，但由于空巷圍巖已處于塑性或破裂狀態(tài)，加固后的圍巖仍難以承受超前支承壓力的作用，不能有效控制基本頂?shù)奶崆跋鲁粱驍嗔选?/p>

綜上所述，綜放工作面在回采過程中，結(jié)合(1)、(2)兩種方法的優(yōu)點，對空巷采用錨索梁上架設(shè)木垛支護(hù)方式超前加強(qiáng)支護(hù)，在空巷中形成人工假頂，控制空巷圍巖的變形和移動，保證煤體完整、穩(wěn)定，確保工作面安全回采。

3.2 施工方案設(shè)計

錨索梁上架設(shè)木垛支護(hù)方式是在巷道頂板打錨索，在巷道底板打錨桿，錨索與錨桿通過連接件(自制)拉緊以固定木垛(如圖3)。原回風(fēng)平巷內(nèi)支一排木垛，原開切眼內(nèi)支兩排木垛，木垛間距均為3 m。每架木垛下鋪一根鋼梁。鋼梁垂直巷道布置，采用11#礦用工字鋼，原回風(fēng)平巷工字鋼梁長度3.5 m，原切眼內(nèi)工字鋼梁長度4.5 m，鋼梁之間的間距3 m。工字鋼梁上打φ20 mm的孔，每根梁上打兩個孔，錨桿穿過小孔，通過連接件與錨索連接，用張拉千斤拉緊。梁上放置直徑不小于φ18 mm的圓木，圓木長4 m，圓木之間的間距800 mm～1000 mm，圓木之間必須相互搭接。圓木上鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)(6號鉛絲)，金屬網(wǎng)上打“#”字型木垛，木料采用20 cm×20 cm的方木，長度2 m。木垛必須與巷道東幫接實。在超出22101工作面運輸平巷與原回風(fēng)平巷交叉口20 m范圍內(nèi)必須用木垛超前支護(hù)。(如圖4和圖5)

圖3 錨桿與錨索連接件示意圖

3.3 安全技術(shù)措施

除一般常規(guī)性的要求之外，針對該項目有如下幾點專項技術(shù)措施［5，6］:

1)在過回風(fēng)平巷前，為減緩壓力，減小與巷道相交段的空頂面積，必須慢慢將工作面調(diào)斜，降低回采高度，將采高降到2～2.5 m左右，接近空巷15～20 m之間，不要放頂煤。過空巷時采用邁步式移架方式。在進(jìn)入實體煤后將截深改為300～500 mm淺截深。

2)在過空巷期間，工作面推采時采用控制采高和超前帶壓擦頂移架，以保證有效維護(hù)頂板。過空巷期間，嚴(yán)禁有人在空巷內(nèi)行走或逗留，防止意外事故的發(fā)生。

3)對于煤層內(nèi)空巷，采用架設(shè)木垛的方式控制煤體變化，在空巷內(nèi)支木垛時，木垛支設(shè)必須見底，并用木楔打緊背牢，嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問頂”制度，密切觀察頂板及煤壁變化情況。

圖4 原回風(fēng)平巷錨索梁上架設(shè)木垛支護(hù)布示意圖

圖5 原開切眼錨索梁上架設(shè)木垛支護(hù)布示意圖

4 實施效果及結(jié)論

根據(jù)實際生產(chǎn)地質(zhì)情況，采用錨索梁上架設(shè)木垛支護(hù)方式，合理選擇支護(hù)參數(shù)，保證了工作面過空巷期間頂板安全問題，在一次性揭露大范圍頂板的情況下，沒有發(fā)生冒頂事故，有效的解決了韓家洼煤礦22101工作面過空巷安全開采技術(shù)問題，保障了礦井生產(chǎn)安全，為以后類似條件下安全開采問題提供了借鑒。

［1］ 周海豐.大采高工作面過大斷面空巷切頂機(jī)理及控制技術(shù)［J］. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(2):120 －123.

［2］ 唐佐勝，張秉釗.緩傾斜厚煤層綜放工作面跨空巷開采技術(shù)與實踐［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(9):104 －107.

［3］ 魯開玉，于飛.綜采工作面跨老巷開采技術(shù)研究［J］.山東煤炭科技，2012，(6):110 －111.

［4］ 邵嗣華，趙總彥.復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采放頂煤工作面回采過空巷技術(shù)［J］.煤炭工程，2009，(8):43－45.

［5］ 馬昌閣.輕型支架放頂煤工作面過老巷技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，34(10):28 －30.

［6］ 蘇德華，金聲堯，查文華.工作面過老巷安全回采保障技術(shù)措施［J］.煤炭技術(shù)，2014，33(4):160－163.