淺談綜采放頂煤工作面過(guò)空巷回采技術(shù)

郝 俊

(大同煤礦集團(tuán)安全監(jiān)管五人小組管理部，山西 忻州 034100)

0 引言

在煤炭開采過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)通過(guò)一些廢棄或者年久失修的巷道，這種情況通常稱為過(guò)空巷開采[1]。而空巷的存在，會(huì)給開采工作面頂板應(yīng)力集中區(qū)、煤巖破碎、圍巖變形等造成一定的影響，有可能導(dǎo)致液壓支架受力突然增加、頂板冒落、巷道片幫、圍巖變形增大等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工作面安全生產(chǎn)效率。因此，研究綜采工作面過(guò)空巷開采是非常有必要的。根據(jù)空巷與綜采工作面的空間層位關(guān)系，一般把空巷分為3類：與工作面平行、與工作面斜交和與工作面垂直。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)過(guò)空巷技術(shù)的研究，一般采取以下方法過(guò)空巷。①加強(qiáng)支護(hù)。在過(guò)空巷位置采用密集支柱或者用木垛提前加強(qiáng)對(duì)頂板的支護(hù)，也可以用錨桿、錨索來(lái)加強(qiáng)頂板和兩幫的支護(hù)強(qiáng)度；②過(guò)空巷前停采，重新布置工作面后再開采。這種方法耗時(shí)較長(zhǎng)，因?yàn)橹匦虏贾霉ぷ髅嫘枰M(jìn)行工作面搬家，而且會(huì)造成煤炭資源的浪費(fèi)[2-3]。因此，多數(shù)綜采工作面選擇第一種方法。但是這種方法也有一定的不足，雖然通過(guò)密集支護(hù)的方法增加了支護(hù)強(qiáng)度，但是仍然難以抵抗超前壓力，很有可能導(dǎo)致工作面經(jīng)過(guò)空巷時(shí)，頂板上方發(fā)生斷裂，頂板下沉量突然增加，可能壓死或者壓壞液壓支架，造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失，影響安全生產(chǎn)[4-5]。

因此，孤島工作面如何安全過(guò)空巷回采，并提高煤炭資源的回收率是十分必要的，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了研究和工程實(shí)踐，并取得了一定的效果。

1 工作面概況

同煤集團(tuán)某礦11-2#層西二盤區(qū)8939工作面為一孤島綜合機(jī)械化放頂煤開采工作面，工作面長(zhǎng)度120 m，頂板管理為全部垮落。主采煤層11#，煤層厚度5.2～8.9 m，煤層傾角1°～9°，平均煤層厚度7.5 m，平均煤層傾角3°，平均埋藏深度320 m，埋藏深度330 ～360 m，頂板巖性為堅(jiān)硬白砂巖，普氏系數(shù)f為4.4，底板巖性為堅(jiān)硬粗砂巖。該工作面西臨8937工作面采空區(qū)，東臨8941采空區(qū)，北臨云岡礦界，南鄰903集中巷。

8939工作面沿頂板底板共布置有進(jìn)風(fēng)運(yùn)輸巷、回風(fēng)輔助運(yùn)輸巷、中間巷和頂回風(fēng)巷4條巷道。該工作面有一條空巷位于頭尾45#通尺點(diǎn)，巷道規(guī)格為(寬×高)4 m×3 m，全長(zhǎng)為94.5 m，作為原8937工作面向8941工作面搬家時(shí)的設(shè)備撤離橫硐。

2 綜采放頂煤工作面過(guò)空巷回采的研究

2.1 加強(qiáng)支護(hù)研究

原空巷頂板采用的支護(hù)形式為：錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)；巷道兩幫采用的支護(hù)形式為：錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。具體參數(shù)見表1，頂板支護(hù)斷面示意圖，如圖1所示。

表1 原空巷頂板與兩幫支護(hù)參數(shù)

圖1 空巷原支護(hù)斷面圖

在工作面回采距此空巷100 m的時(shí)候，為了保證空巷因采動(dòng)影響而有足夠的支護(hù)強(qiáng)度，在空巷支設(shè)單體柱用以補(bǔ)強(qiáng)，具體為支設(shè)五排，排間距為0.8 m×1.0 m。

2.2 回采工藝研究

在工作面回采到空巷位置時(shí)，采取以下回采工藝。

斷層與工作面斜交或正交：過(guò)空巷前，適當(dāng)調(diào)整開采工藝，使斷層調(diào)至與工作面斜交或正交，以減少空巷在工作面的揭露面積。

回撤單體柱：回撤揭露出來(lái)的一排單體柱，采用遠(yuǎn)距離回柱法時(shí)，先拆開連接裝置，人工回柱時(shí)，用強(qiáng)度足夠的繩子將單體柱手把拴住，然后用長(zhǎng)度不小于2 m的長(zhǎng)柄工具降柱，柱子降下后，人員站在距回柱地點(diǎn)5 m以外的安全地方，用繩子將單體柱拉出，人工將其抬出；若因頂煤破碎，人工無(wú)法回撤單體柱時(shí)，用采煤機(jī)回撤，其方法為：先將采煤機(jī)滾筒與要回撤的單體柱連接好，再將單體柱降下，然后用采煤機(jī)將單體柱拉到安全地點(diǎn)，最后由人工將其抬出。

及時(shí)移架：要求液壓支架擦頂帶壓，前伸梁全部伸出，待移完支架后，及時(shí)升緊，初撐力達(dá)到24 MPa以上。

割底：采煤機(jī)割底時(shí)將煤裝入刮板輸送機(jī)內(nèi)，并由刮板輸送機(jī)運(yùn)出。

刮板機(jī)頂出：待采煤機(jī)離開10 m以外后，將刮板輸送機(jī)頂出；至此，一個(gè)循環(huán)完成。需要注意的是，揭露出來(lái)的空巷部分，按正常的采煤工藝進(jìn)行。

2.3 頂板壓力監(jiān)測(cè)研究

當(dāng)工作面回采至距離空巷30 m處時(shí)，在本工作面安設(shè)一套KJ216A型煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別在15#、25#、35#、45#、55#支架上安設(shè)壓力監(jiān)測(cè)分站。同時(shí)，為了防止由于KJ216A監(jiān)測(cè)系統(tǒng)線路出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失，另外要在8939工作面支架布置本安型礦山壓力連續(xù)記錄儀(YHY-60B)，以此提高礦壓監(jiān)測(cè)的可靠性。礦山壓力連續(xù)記錄儀布置方式為“三區(qū)五線”，安裝支架分別為12#、24#、36#、48#、58#，共布置5架。除了這5架以外，其余支架安裝YHY-60煤礦用液壓支架測(cè)力儀，共布置57架。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由礦壓監(jiān)測(cè)部門收集、整理并進(jìn)行分析。具體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和工作面的實(shí)際情況結(jié)合，進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。通過(guò)一系列監(jiān)測(cè)，能夠?qū)收现Ъ苓M(jìn)行及時(shí)維護(hù)，同時(shí)對(duì)支架工的操作進(jìn)行規(guī)范，這樣可對(duì)頂板進(jìn)行全面、科學(xué)的監(jiān)測(cè)和管理。

3 綜采放頂煤工作面過(guò)空巷回采效果分析

3.1 過(guò)空巷安全回采技術(shù)特點(diǎn)

采用該回采技術(shù)，能夠改變傳統(tǒng)過(guò)空巷只能靠搬家的方法，節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，提高了回采效率和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)提前在空巷支設(shè)單體柱的補(bǔ)強(qiáng)方案保證了空巷頂板的支護(hù)強(qiáng)度，當(dāng)回采到此位置時(shí)將工作面調(diào)斜，當(dāng)通過(guò)單體柱后，及時(shí)進(jìn)行移架，然后裝煤、推刮板輸送機(jī)，可以確保支護(hù)的面積和強(qiáng)度，不會(huì)發(fā)生漏頂。

通過(guò)在液壓支架上安裝YHY60B本質(zhì)安全型礦山壓力連續(xù)記錄儀和KJ216型頂板在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2個(gè)方案，確保對(duì)頂板壓力分布和礦壓顯現(xiàn)的準(zhǔn)確掌握，及時(shí)發(fā)現(xiàn)頂板活動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)來(lái)壓情況，為科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的頂板管理提供依據(jù)。

由于8939工作面為該礦最后一個(gè)侏羅系采煤工作面，其開采的煤質(zhì)好、發(fā)熱量高，因此資源價(jià)值高、非常珍貴。通過(guò)過(guò)空巷回采技術(shù)，能夠有效提高資源回收利用率。節(jié)約了搬家停采前后需留設(shè)的60 m煤柱，將近5萬(wàn)t高質(zhì)量煤炭，也緩解了煤礦資源枯竭的緊張局面。

3.2 過(guò)空巷安全回采技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

工作面多采煤量增加的效益：通過(guò)過(guò)空巷技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)約了搬家前后需留設(shè)的煤柱，節(jié)約煤炭量計(jì)算如式(1)所示。

W=L×S×h×r×c

=94.5×60×7.2×0.93×1.34

=50 875 t

(1)

式中：L—工作面長(zhǎng)度，m；r—回收率，按93%計(jì)算；S—煤柱長(zhǎng)度，m；c—煤的容重，t/m3；h—煤厚，m。

按每噸煤返礦100元效益計(jì)算，可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值為：

M1=50 875×100=508.75(萬(wàn)元)

避免搬家而增加的效益：

M2=A×D×C=120×45×280=151.2(萬(wàn)元)

式中：A—每天搬家投入人數(shù)，人；D—搬家天數(shù)，d；C—每人每天平均工資，元。

累計(jì)增加的效益：

M=M1+M2=659.95(萬(wàn)元)

因此，采用此工藝在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)提高了煤炭資源回收率，有效緩解了礦井資源銜接情況。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)綜采工作面過(guò)空巷問(wèn)題，提出了解決的措施。對(duì)原支護(hù)加設(shè)五排單體柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)對(duì)回采工藝和頂板壓力監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了調(diào)整。該項(xiàng)技術(shù)不僅解決了孤島綜采放頂煤工作面遇到空巷時(shí)搬家的問(wèn)題，節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，而且還提高了煤炭資源回收率，有效緩解了礦井資源銜接情況，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。為同煤集團(tuán)其他礦井在今后類似條件下開采過(guò)空巷提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。