淺埋深不等間距綜采工作面過(guò)底空巷技術(shù)

高士崗

(中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)柳塔煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，017200)

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淺埋深不等間距綜采工作面過(guò)底空巷技術(shù)

高士崗

(中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)柳塔煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，017200)

柳塔煤礦淺埋綜采工作面底部存在有3條橫向空巷，由于現(xiàn)采煤層距離橫向巷道僅為3.5～10 m，受采動(dòng)影響存在垮塌、設(shè)備陷落、傷人等危險(xiǎn)，對(duì)工作面的安全回采構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了保障淺埋工作面順利推過(guò)3條不等間距底空巷，通過(guò)數(shù)值模擬研究了空巷支護(hù)強(qiáng)度、層間距對(duì)空巷頂板破壞的影響規(guī)律，并制定了分類補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、調(diào)整開采參數(shù)、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與管理等過(guò)空巷技術(shù)措施。實(shí)踐表明，采取的技術(shù)措施有效可行，對(duì)我國(guó)礦區(qū)類似開采情況具有實(shí)際的參考價(jià)值。

淺埋深 綜采工作面 不等間距 底空巷 分類補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

神東礦區(qū)柳塔煤礦井田主要含煤地層為侏羅紀(jì)中、下統(tǒng)延安組，共有煤層8層，目前主采12#煤層，煤層厚度為1.6～5.1 m，平均厚度為3.28 m，為瓦斯礦井。該煤礦2006年實(shí)行技改，技改之前形成的多條空巷大量分布于井田范圍內(nèi)。12上104綜采工作面為“刀把子”型工作面，分為兩段，第一段寬度為238.5 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為272.1 m；第二段寬度為119.1 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為163.4 m，傾角為1°～5°。三條空巷位于12上104工作面第二段下部，橫貫整個(gè)工作面，為2005年掘進(jìn)巷道，封閉至今；與12上104工作面層間距為3.5～10 m，空巷寬度為3.8～4.3 m，平均寬度為4.0 m，高度為2.0～2.62 m，平均高度為2.3 m，與工作面切眼水平距離分別為68 m、151 m、233 m；空巷區(qū)域煤層埋深103.46～111.27 m，屬于淺埋深工作面過(guò)底空巷范疇?？障锱c工作面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 工作面與底部空巷關(guān)系圖

淺埋工作面大范圍過(guò)底部不等間距橫向空巷，在空巷無(wú)法采取充填措施的前提下，存在著底板大面積塌陷、支架和采煤機(jī)陷落、有害氣體溢出等風(fēng)險(xiǎn)，影響工作面正常生產(chǎn)，對(duì)工作面作業(yè)人員產(chǎn)生較大的安全威脅，同時(shí)通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國(guó)煤礦工作面過(guò)近距離底空巷的案例很少，可進(jìn)行實(shí)踐參考的資料匱乏。通過(guò)對(duì)柳塔煤礦12上104綜采工作面過(guò)底空巷進(jìn)行數(shù)值模擬研究，制定了相應(yīng)的過(guò)底空巷技術(shù)措施，成功保障了工作面順利通過(guò)底部3條空巷。該技術(shù)實(shí)踐為我國(guó)煤礦工作面過(guò)近距離底空巷提供了重要的參考。

1 工作面過(guò)空巷時(shí)底板應(yīng)力及巷道變形規(guī)律

12上煤層及其頂?shù)装逄卣髑闆r見表1。依據(jù)12上煤層及其頂?shù)装逄卣?，建立?shù)值模型如圖2、圖3所示，模型走向長(zhǎng)度250 m，傾向長(zhǎng)度200 m，高度60 m，模型四周邊界進(jìn)行固定，煤巖層物理力學(xué)參數(shù)按礦方提供的數(shù)據(jù)給定，模型上方50 m覆巖層按重力施加在上邊界。模擬研究淺埋工作面過(guò)空巷期間空巷的支護(hù)強(qiáng)度、層間距對(duì)底板應(yīng)力的影響規(guī)律。

表1 12上煤層及其頂?shù)装逄卣?/p>

圖2 建立的模型及應(yīng)力平衡圖

圖3 工作面過(guò)空巷位置關(guān)系

(1)未采取支護(hù)措施時(shí)。工作面推進(jìn)至未采取支護(hù)措施的空巷時(shí)，按層間距為4 m進(jìn)行考慮，工作面下方底板破壞情況如圖4所示。

由上述模擬可知，當(dāng)間距為3 m時(shí)，工作面底板拉伸破壞區(qū)能夠貫穿整個(gè)層間距，此時(shí)工作面存在底板大面積塌陷、綜采設(shè)備陷底的風(fēng)險(xiǎn)；若層間距加大至4 m，3～4 m區(qū)域拉伸破壞程度低，底板塌陷的可能性大大降低；若繼續(xù)增加層間距，則底板穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，有利于工作面安全推過(guò)底部空巷。

(2)采取木支護(hù)措施時(shí)。對(duì)于層間距小于4 m的區(qū)域，采用木支柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，此時(shí)工作面底板破壞情況如圖5所示。

圖4 底空巷未支護(hù)時(shí)底板破壞狀態(tài)及應(yīng)力分布圖

圖5 底空巷加強(qiáng)支護(hù)時(shí)底板破壞狀態(tài)及應(yīng)力分布圖

由圖5可知，在間距為3 m、采取木支柱加強(qiáng)支護(hù)的情況下，工作面底板拉伸破壞區(qū)范圍大大縮小，此時(shí)基本滿足工作面安全推過(guò)底空巷的要求，只需著重對(duì)工作面與巷道交叉的端頭處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)即可。

由柳塔煤礦實(shí)際資料可知，12上104工作面距離底空巷3.5～10 m，因此，在確保工作面安全回采的基礎(chǔ)上，為了節(jié)約成本和縮短工時(shí)，對(duì)底部空巷分類采取如下技術(shù)措施。

2 工作面過(guò)空巷技術(shù)

2.1 分類補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

對(duì)空巷進(jìn)行啟封，按照層間距不同，確定不同的支護(hù)形式。

2.1.1 補(bǔ)強(qiáng)頂板支護(hù)

根據(jù)空巷與12上煤層不同的層間距，確定不同的巷道頂板支護(hù)方式?？障飻嗝鏋榫匦危?guī)格為2300 mm×4000 mm。當(dāng)層間距大于8 m時(shí)，采用錨網(wǎng)索支護(hù)，巷道頂板支護(hù)采用?16 mm×2000 mm圓鋼錨桿，間排距為1200 mm×1000 mm，距兩幫各200 mm處布置4根。頂板采用?22 mm×8000 mm錨索，間排距為2000 mm×2000 mm，距巷幫各1000 mm布置2根。護(hù)表采用 ?6.5 mm×3800 mm×1000 mm鋼筋網(wǎng)片和3 m W型鋼帶，由錨索托盤固定。煤幫采用?18 mm×1800 mm玻璃鋼錨桿，間排距為1500 mm×1500 mm，距巷道頂板250 mm布置，兩幫采用塑料網(wǎng)片護(hù)表，如圖6所示。

當(dāng)層間距為3～8 m時(shí)，錨索參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。巷道頂板錨索數(shù)量增加至3根，間排距為1250 mm×2000 mm，中間錨索沿巷道中心線布置，由錨索托盤固定3 m W型鋼帶。錨索直徑為17.8 mm，當(dāng)層間距分別為3～4 m、4～5 m和5～8 m時(shí)，錨索長(zhǎng)度有所增加，分別為3000 mm、4000 mm和5000(或6500)mm，如圖7所示。

2.1.2 補(bǔ)強(qiáng)垛木、木點(diǎn)柱支護(hù)

對(duì)層間距小于6.5 m的空巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)垛木和木點(diǎn)柱。當(dāng)層間距小于4 m時(shí)，采用木垛沿巷道中心線布置，所用道木規(guī)格為150 mm×150 mm×1500 mm，垛與垛間隔750 mm(按沿巷道中心線方向中間的道木兩頭為準(zhǔn))，木垛外邊沿距兩巷幫各775 mm。垛內(nèi)道木縱橫方向上間隔各為 800 mm，沿巷道中心線方向內(nèi)錯(cuò)的道木間隔為650 mm，互成90°木垛搭接后伸出的長(zhǎng)度各為200 mm，沿巷道中心線方向的道木搭接后伸出長(zhǎng)度為125 mm。當(dāng)層間距4.0～6.5 m時(shí)，垛與垛之間間隔加大至1500 mm，在其中間補(bǔ)打?30 mm木點(diǎn)柱，如圖8、圖9所示。

2.2 輔助技術(shù)措施

(1)調(diào)整勞動(dòng)組織，加快推進(jìn)速度。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性和工作面快速推過(guò)空巷，將原生產(chǎn)制度“全天4小時(shí)檢修、12小時(shí)生產(chǎn)”調(diào)整為“6小時(shí)檢修、18小時(shí)生產(chǎn)”，同時(shí)提前向地方監(jiān)管部門申請(qǐng)，過(guò)空巷期間連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)。

(2)調(diào)整采煤參數(shù)。過(guò)空巷期間，工作面采高由3.2 m調(diào)整為2.8 m，保證過(guò)空巷期間不損壞空巷頂板錨索。為此，距離空巷15 m開始上山割煤，過(guò)空巷時(shí)沿夾矸底板作為綜采工作面的底板，并少量割頂板巖石，控制采高2.8 m；過(guò)空巷后下山割煤，至距空巷10 m處時(shí)調(diào)整至沿煤層頂、底板推進(jìn)，如圖10所示。此外，工作面過(guò)空巷前，對(duì)綜采工作面進(jìn)行調(diào)斜，增大工作面和空巷的夾角，斜交過(guò)空巷，減小底部應(yīng)力對(duì)空巷的影響范圍。

圖6 層間距大于8 m的頂及幫支護(hù)方式

圖7 層間距3～8 m的頂及幫支護(hù)方式

圖8 層間距小于4.0 m的垛木補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式

圖9 層間距4.0～6.5 m的垛木補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式

圖10 工作面過(guò)空巷期間調(diào)整割煤

(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦壓，采取等待來(lái)壓措施。正常生產(chǎn)期間，對(duì)工作面支架壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在工作面過(guò)空巷前3～5 m處停產(chǎn)等壓，待老頂破斷來(lái)壓后再推進(jìn)，最大限度地避免頂板壓力通過(guò)支架的傳力作用對(duì)空巷穩(wěn)定性的影響。

(4)加強(qiáng)工作面管理。過(guò)空巷期間，加強(qiáng)工作面設(shè)備檢修，杜絕管路系統(tǒng)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，確保過(guò)空巷時(shí)不受設(shè)備故障影響；加強(qiáng)工作面支架初撐力管理，支架初撐力必須達(dá)到252 MPa以上，防止頂板突然垮落對(duì)空巷造成動(dòng)載作用；綜采工作面過(guò)空巷期間極易與空巷溝通，造成通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，甚至風(fēng)流短路，必須加強(qiáng)觀測(cè)空巷內(nèi)有毒有害氣體、負(fù)壓等變化情況；重點(diǎn)觀測(cè)空巷頂板下沉量情況，出現(xiàn)頂板下沉速度加快時(shí)，及時(shí)預(yù)警。

3 綜采工作面過(guò)空巷實(shí)踐

根據(jù)礦壓觀測(cè)分析，柳塔煤礦12上104綜采工作面過(guò)底部3條空巷期間，周期來(lái)壓步距為8.0～11.0 m，來(lái)壓時(shí)除個(gè)別支架安全閥開啟卸壓外，多數(shù)支架壓力為320～380 MPa，壓力顯現(xiàn)不強(qiáng)烈。采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、加快推進(jìn)度、降低采高等技術(shù)措施后，工作面推進(jìn)速度達(dá)到8刀/d，空巷頂板得到有效控制，沒(méi)有產(chǎn)生塌陷及支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備陷落等事故，快速、安全地推過(guò)了3條底部空巷。

4 結(jié)論

(1)數(shù)值模擬得出，底空巷不采取支護(hù)措施時(shí)，層間距應(yīng)不小于4 m；層間距小于4 m時(shí)，通過(guò)對(duì)空巷加強(qiáng)支護(hù)可以滿足安全要求。

(2)為保障過(guò)空巷期間工作面安全回采，采取了分類補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、調(diào)整勞動(dòng)組織、加快推進(jìn)度、調(diào)整采煤參數(shù)、實(shí)時(shí)礦壓監(jiān)測(cè)、等待來(lái)壓、加強(qiáng)工作面管理等技術(shù)措施，安全、快速、順利推過(guò)了12上104綜采工作面3條底空巷。

(3)國(guó)內(nèi)淺埋深、不等間距、短推進(jìn)距離內(nèi)頻繁過(guò)底空巷實(shí)踐較少，柳塔煤礦為我國(guó)類似條件下工作面安全回采積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1] 柏建彪,侯朝炯. 空巷頂板穩(wěn)定性原理及支護(hù)技術(shù)研究[J]. 煤炭學(xué)報(bào),2005(1)

[2] 劉心廣. 深部近距離變間距跨采底板煤巷圍巖動(dòng)顯規(guī)律及控制技術(shù)[J]. 中國(guó)煤炭,2012(12)[3] 王大鵬,劉前進(jìn). 沙坪煤礦8#上煤極近距離跨空巷回采技術(shù)[J]. 煤礦安全,2016(11)

[4] 劉波,李道雅,苗永晏. 挑棚法過(guò)底空巷道在百善煤礦的實(shí)踐應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(13)

[5] 劉榮亮. 近距離煤層群采動(dòng)影響下煤層頂?shù)装鍙?fù)合破壞特征研究[J]. 中國(guó)煤炭,2013(4)

[6] 段春生. 綜采工作面過(guò)空巷支護(hù)實(shí)踐研究[J]. 煤炭工程,2010(5)

[7] 劉暢,弓培林,王開等. 復(fù)采工作面過(guò)空巷頂板穩(wěn)定性[J]. 煤炭學(xué)報(bào),2015(2)

[8] 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(shí)踐[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù),2014(9)

[9] 武越超,韋志遠(yuǎn),譚英明等. 空巷影響下回采巷道圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)設(shè)計(jì)研究[J]. 煤礦科學(xué)技術(shù),2016(5)

[10] 謝生榮,李世俊,魏臻等. 綜放工作面過(guò)空巷時(shí)支架-圍巖穩(wěn)定性控制[J]. 煤炭學(xué)報(bào),2015(3)

[11] 楊智文. 極近距離煤層多采空區(qū)下巷道穩(wěn)定性影響因素及支護(hù)對(duì)策研究[J].中國(guó)煤炭,2014(4)

(責(zé)任編輯 郭東芝)

Technology of fully mechanized face advancing over abandoned roadways with unequal space in floor of shallow coal seam

Gao Shigang

( Liuta Coal Mine, China Shenhua Shendong Coal Group, Ordos, Inner Mongolia 017200, China)

There were three transverse abandoned roadways which were only 3.5-10 m from floor of shallow buried fully mechanized face in Liuta Coal Mine, so the roadways were easily affected by mining and in a dangerous situation of collapse, equipment falling and human casualty, that was a severe threat for safety mining. In order to advance successfully through the three abandoned roadways in the floor of shallow buried coal face, numerical simulation had been used to study the influence law of supporting strength and layer spacing on roof failure of empty roadways, and then technical measures of face advancing across abandoned roadways such as classifying reinforce support, adjusting mining parameters and enhancing monitor and management were determined. The practices showed that the technical measures were effective and available, and had actual reference value for mining areas with similar mining conditions.

shallow buried depth, fully mechanized working face, unequal spacing, abandoned roadway in face floor, classifying reinforce support

高士崗. 淺埋深不等間距綜采工作面過(guò)底空巷技術(shù)[J]. 中國(guó)煤炭，2017,43(5)：52-56，65. Gao Shigang. Technology of fully mechanized face advancing over abandoned roadways with unequal space in floor of shallow coal seam[J]. China Coal, 2017, 43(5):52-56，65.

TD323

A

高士崗(1978-)，男，陜西神木人，中級(jí)工程師，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)為神東煤炭集團(tuán)柳塔煤礦礦長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事煤礦現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理工作。