煤柱回收工作面過(guò)空巷技術(shù)研究

馮建川

(山西潞安集團(tuán)蒲縣常興煤業(yè)有限公司，山西蒲縣041200)

0 引言

一直以來(lái)，工作面過(guò)空巷始終屬于煤礦開(kāi)采的一大問(wèn)題?？障锔浇纬蓱?yīng)力集中區(qū)、降低區(qū)等，正是因?yàn)檫@一個(gè)原因，導(dǎo)致巷道嚴(yán)重變形，支架受力大等安全隱患。常興煤業(yè)為提高2#煤回收率，開(kāi)始回收原小煤窯的采區(qū)煤柱，初步預(yù)測(cè)煤炭?jī)?chǔ)量在500 萬(wàn)t 以上，為盡可能地增加采出率，需要細(xì)致深入地探討這一問(wèn)題。

1 項(xiàng)目基本情況

常興煤業(yè)2201 煤柱回收工作面埋深78 ～85 m，煤層厚1.65 m，平均傾角3°，煤塵有爆炸性。切眼長(zhǎng)度為150 m，可采長(zhǎng)度500 m，可采量16.8 萬(wàn)噸。工作面采用傾向長(zhǎng)壁后退式一次采全高綜合機(jī)械化采煤方法，頂板管理為全部垮落法，工作面采高1.8 m。

2 空巷穩(wěn)定性

空巷圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型如圖1。

圖1 空巷圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

大多數(shù)空巷順煤層分布，按照力學(xué)原理分析其上方巖塊，得出避免巖塊滑落的支護(hù)阻力P 是:

P 作用在1/2b 位置，其合力位置是1/3d。通過(guò)上面的公式能夠得出下面的關(guān)系，具體見(jiàn)圖2。

圖2 空巷穩(wěn)定分析

空巷寬度提高時(shí)，其需要的支護(hù)阻力同樣不斷提高，b =4，13 m，支護(hù)阻力分別是4 200 kN，11 000 kN。為充分確保順利通過(guò)空巷區(qū)，需要妥善進(jìn)行支護(hù)，使支護(hù)阻力在11 000 kN 以上。所需支護(hù)阻力隨著基本頂厚的增加而增加。支護(hù)阻力隨著支架工作阻力提高而下降。

3 空巷圍巖控制

3.1 回采巷道支護(hù)方案

1)運(yùn)輸巷。頂板通過(guò)5 根高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿(間排距1 m×1 m)，每隔3 m 配備2 根錨索，錨固長(zhǎng)度1.8 m，各錨索輔助以槽鋼和鋼板各1 塊，1 套鎖具;4 根高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，支護(hù)兩幫，排距1 m。

2)回風(fēng)巷。頂板通過(guò)6 根高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，排距1 m。每隔2.5 m 配備2 根錨索，其他的參數(shù)與上面相同。4 根高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)兩幫，排距0.8 m。因回風(fēng)巷巷道嚴(yán)重變形，為使得支護(hù)效果提升，在其中增添工字鋼棚，棚距0.8 m。

3.2 空巷支護(hù)

1)變電所。半空巷，從底板爬坡到頂板，長(zhǎng)39 m，修復(fù)后通過(guò)錨網(wǎng)支護(hù)，同時(shí)間隔4 m 輔以木垛，木垛中間通過(guò)大板聯(lián)鎖?；夭蓵r(shí)此巷道不會(huì)對(duì)工作面產(chǎn)生很大的作用，移架時(shí)支架一定要充分確保和大板棚間良好接頂。同時(shí)，底板存在若干構(gòu)筑物，回采過(guò)程中需要充分確保人員站位，避免甩出鐵器之后傷害到人員。

2)回風(fēng)巷。沿煤層底板布置，修復(fù)后支護(hù)方式與變電所相同。工作面到底層空巷時(shí)，需要將采高降低，最大限度地防止前滾筒割到回風(fēng)巷頂板的支護(hù)器具，也就是需要充分確保其頂板處于穩(wěn)定狀態(tài)之中，頂層巷道的支護(hù)材料掉到刮板輸送機(jī)時(shí)，需要盡可能快地將其取出來(lái)。

3)運(yùn)輸巷車(chē)場(chǎng)。這一部分的過(guò)空巷應(yīng)對(duì)方法和上面的回風(fēng)巷相同。

4 過(guò)空巷安全策略與回采效果

4.1 割煤控制

按照工作面頂板壓力現(xiàn)狀，考慮到其壓力顯現(xiàn)與煤墻垮落狀況，當(dāng)離空巷3 ～5 m 的時(shí)候，一定要最大限度地控制采高，防止采高過(guò)低，壓死支架;過(guò)空巷或冒落區(qū)時(shí)，必須保證帶壓擦頂移架，控制好頂板，盡可能的避免該范圍進(jìn)一步拓寬。

4.2 兩巷超前支護(hù)

過(guò)平行空巷時(shí)，兩巷超前30 m 支護(hù)，主要是通過(guò)π 型梁配單體住進(jìn)行，同時(shí)需要使棚距保持在0.8 m。

4.3 頂板管理

回采期間，必須控制割煤速度。過(guò)平行空巷期間，要適當(dāng)進(jìn)行工作面的調(diào)斜，即確保機(jī)頭最早抵達(dá)空巷內(nèi)側(cè)，一定不能讓機(jī)頭機(jī)尾一起抵達(dá)，從而降低揭露空巷的控頂面積。與空巷接近時(shí)，煤壁厚度不斷減小，非常容易片幫、冒頂，這期間需要適當(dāng)減小割煤速度，同時(shí)在割煤之前一定要做好超前移架(支架)，在此基礎(chǔ)上，還需要通過(guò)坑木來(lái)護(hù)頂，如果空巷位置出現(xiàn)頂板垮落，必須用坑木來(lái)填充空頂位置，從而加強(qiáng)頂板支護(hù)。空巷暴露部位，必須超前移出支架。護(hù)頂坑木必須最大限度地切頂，同時(shí)橫穿外幫煤墻，割煤過(guò)程中一定要小心，避免割到坑木，同時(shí)還需要避免甩出物料造成人身傷害。如果頂板有所下降，機(jī)組無(wú)法順利經(jīng)過(guò)時(shí)，必須進(jìn)行挑頂作業(yè)。工作面片幫現(xiàn)象非常明顯時(shí)，必須打護(hù)幫柱(位置是煤壁處)，避免發(fā)生冒頂事故。必要時(shí)，在過(guò)空巷期間支架間增加金屬防護(hù)網(wǎng)，通過(guò)這種方法避免冒落矸石造成一定的事故。

過(guò)平行空巷內(nèi)側(cè)煤壁時(shí)，空巷里面有錨桿支護(hù)，需要停止采煤機(jī)，閉鎖刮板輸送機(jī)，派人將錨桿取出來(lái)。當(dāng)機(jī)組滾筒被金屬物纏繞時(shí)，機(jī)組應(yīng)當(dāng)后退3 m，停機(jī)，閉鎖，并且打設(shè)護(hù)幫柱加強(qiáng)支護(hù)，無(wú)任何危險(xiǎn)的前提下，派人將刮板輸送機(jī)中的錨桿取出來(lái)。過(guò)底板空巷時(shí)，需要超前20 m 支護(hù)，如果空巷完整，可以采用玻璃鋼錨桿進(jìn)行，如果空巷頂幫比較破碎，采用木垛進(jìn)行支護(hù)。

4.4 回采效果

煤柱回收工作面進(jìn)入到空巷1 ～2 m 位置，支架壓力相對(duì)偏大，工作面冒頂、煤壁片幫程度加劇，在充分保證支架初撐力的前提條件下，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略之后，推進(jìn)時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重冒頂、支架倒架等不利局面。期間工作面附近煤巖應(yīng)力高度集中，來(lái)壓明顯，但由于推進(jìn)迅速，來(lái)壓強(qiáng)度并非十分大，盡管巷道出現(xiàn)了相對(duì)較大的變形，并未妨礙正常組織生產(chǎn)。順利回采到煤炭16.8 萬(wàn)t，一方面使煤炭采出率顯著提升，另一方面提高了經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

我們構(gòu)建了煤柱回收工作面空巷圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，研究了空巷支護(hù)阻力與寬度、支架支護(hù)阻力、基本頂厚度的聯(lián)系;分析了回采巷道支護(hù)、空巷圍巖穩(wěn)定控制技術(shù);為充分確保工作面順利過(guò)空巷時(shí)，我們制定了相應(yīng)的策略:兩巷超前支護(hù)、割煤控制、頂板管理等有效方法，為煤柱回收工作面順利推進(jìn)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。