王莊煤礦6212煤柱工作面過空巷圍巖控制技術(shù)

王延年

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

王莊煤礦是潞安集團(tuán)下屬的一座特大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井，年產(chǎn)量710萬t，隨著煤炭開采強(qiáng)度的不斷加大，礦井資源逐漸枯竭，為了延長礦井壽命，提高礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用程度，進(jìn)一步提高煤炭資源回收率，煤柱回收成為礦井的一條重要路徑。王莊煤礦由于長期采用長壁綜采工藝，采區(qū)開采后沒有進(jìn)行煤柱的及時(shí)回收，井田內(nèi)積存了相當(dāng)數(shù)量的殘留護(hù)巷煤柱，這些煤柱總體上賦存較穩(wěn)定，煤層頂?shù)装鍡l件較好，煤層厚度較大，具有很高的開采價(jià)值。然而，煤柱附近都為采空區(qū)，導(dǎo)致其具有特殊的覆巖破壞特征及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，同時(shí)煤柱回采往往會(huì)遇到采區(qū)的空巷等特殊情況，導(dǎo)致煤柱回收面臨很多困難。本文針對王莊煤礦62采區(qū)布置的6212煤柱工作面，對回采面臨的過空巷圍巖支護(hù)問題進(jìn)行探討。

1 6212煤柱綜放工作面的特點(diǎn)

6212煤柱工作面地面位置位于62回風(fēng)井南180 m，井下位置東北為6210與6209已采工作面，西北為實(shí)體煤，東南為6208在采工作面，西南接630/3膠帶巷。開采的3號煤層賦存于二疊系山西組地層中下部，厚度穩(wěn)定，均厚6.9 m，煤層底板標(biāo)高622～634 m，煤層傾角1～4°?；夭蛇^程中會(huì)遇到很多空巷，見圖1。從空巷所處層位來看，有的空巷與工作面兩巷一樣，沿3號煤層底板掘進(jìn)，如62上山膠帶巷、62上山膠帶巷水倉、6209風(fēng)巷；剩余的空巷基本上都是沿3號煤層頂板掘進(jìn)，如630總回風(fēng)巷、630總回配風(fēng)巷、62上山軌道巷、740總回風(fēng)巷、62火藥庫、630/2?；?。從空巷與6212切眼的夾角來看，6209風(fēng)巷垂直于6212切眼；630總回風(fēng)巷、630總回配風(fēng)巷、62上山軌道巷、62上山膠帶巷、62上山膠帶巷水倉與6212切眼的夾角為29°；剩余的空巷與6212切眼的夾角都在51～80°之間。另外，回采過程中還會(huì)遇到好幾處這些空巷的交叉點(diǎn)。這些空巷的存在使得工作面推進(jìn)到空巷時(shí)，由于空巷圍巖的應(yīng)力集中區(qū)與工作面超前支承壓力疊加，加之空巷圍巖破碎，且端面空頂面積明顯增大，易造成工作面端面冒頂，同時(shí)也易使得工作面兩巷圍巖變形更加劇烈。

圖1 6212工作面內(nèi)空巷分布

2 過空巷圍巖預(yù)加固措施

工作面通過空巷之前，必須提前對空巷進(jìn)行預(yù)加固，提高空巷圍巖的穩(wěn)定性，以保證工作面過空巷期間采場圍巖保持穩(wěn)定，空巷預(yù)加固工作一般需在工作面超前支承壓力和巷道圍巖高應(yīng)力區(qū)的疊加影響區(qū)外進(jìn)行。根據(jù)已有相似模擬結(jié)果可知， 6212工作面前方應(yīng)力增高區(qū)的范圍約45 m，而巷道圍巖的高應(yīng)力區(qū)范圍一般不超過2 m，因此，空巷的預(yù)加固應(yīng)在工作面推進(jìn)到距離空巷50 m以內(nèi)前完成?？紤]到6212工作面日進(jìn)尺預(yù)計(jì)為4.8 m，而超高水材料充填體需要7 d才能達(dá)到最終強(qiáng)度的90%以上，如果某段空巷的預(yù)加固采用超高水材料注漿的方法，則必須在工作面推進(jìn)到距離空巷85 m前完成注漿工作。

2.1 沿煤層底板掘進(jìn)的空巷加固

回收空巷內(nèi)原工字鋼棚，采用全錨網(wǎng)支護(hù)，并在空巷內(nèi)打設(shè)聯(lián)鎖木垛，規(guī)格為：垂直巷道為3 m大板，平行巷道為1.6 m道木，間距2 m，見圖2。

圖2 沿煤層底板空巷木垛支護(hù)示意

2.2 沿煤層頂板掘進(jìn)的空巷加固

6212工作面煤層平均厚度為6.9 m，采放比為1 ∶1.3，割煤高度為3 m，放頂煤的高度為3.9 m，而空巷的凈高一般在3～3.2 m，如果工作面割煤高度不變，那么工作面過沿煤層頂板掘進(jìn)的空巷時(shí)，即使不放頂煤，割煤空間的頂板與空巷底板之間也只有0.7～0.9 m厚的煤層相隔。而由于原空巷服務(wù)期間對巷道底板的破壞加上本工作面超前支承壓力的作用，這部分0.7～0.9 m厚的煤層一般已經(jīng)受到了較嚴(yán)重的破壞，不能起到有效的隔離空巷的作用，而且容易發(fā)生冒頂。因此，對于沿煤層頂板掘進(jìn)的空巷，應(yīng)先對空巷的頂板和兩幫進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，再對底板注高水材料漿液做加固處理，然后間隔5 m搭設(shè)木垛進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，工作面推進(jìn)到距空巷3 m時(shí)，應(yīng)停止放煤，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小工作面采高，直至工作面通過該空巷后方可恢復(fù)正常作業(yè)。

2.3 空巷交叉點(diǎn)加固

6212工作面回采過程中，會(huì)遇到多個(gè)空巷的交叉點(diǎn)。這些交叉點(diǎn)從相交巷道的層位來分，有兩條沿煤層底板掘進(jìn)巷道的交叉點(diǎn)，兩條沿煤層頂板掘進(jìn)巷道的交叉點(diǎn)和一條沿煤層底板掘進(jìn)、另一條沿煤層頂板掘進(jìn)的兩條巷道的交叉點(diǎn)。從交叉點(diǎn)的形狀來分，有“T”型和“×”型交叉點(diǎn)。一般來說，交叉點(diǎn)附近巷道斷面大，圍巖變形破壞更嚴(yán)重，工作面過空巷的難度更大。已有研究表明，“×”型交叉點(diǎn)比“T”型交叉點(diǎn)的斷面大，圍巖變形更嚴(yán)重，而且交叉點(diǎn)處兩條巷道的夾角越小，圍巖變形破壞程度越高。

1) 對于兩條沿煤層底板掘進(jìn)巷道的交叉點(diǎn)，可適當(dāng)加大對巷道頂板和煤幫全錨網(wǎng)支護(hù)的密度，加大對頂板的錨索支護(hù)密度，并打設(shè)聯(lián)鎖木垛(垂直巷道為3 m大板，平行巷道為1.6 m道木)。

2) 對于兩條沿煤層頂板掘進(jìn)巷道的交叉點(diǎn)，可適當(dāng)加大對巷道頂板和煤幫全錨網(wǎng)支護(hù)的密度，加大對頂板的錨索支護(hù)密度，并對底板注高水材料漿液做加固處理，然后底板先鋪大板、鋪金屬網(wǎng)，再打設(shè)聯(lián)鎖木垛，交叉口兩側(cè)打設(shè)木垛鎖口，工作面推進(jìn)到距交叉口5 m時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少或停止放煤，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小工作面采高，直至工作面通過該空巷后方可恢復(fù)正常作業(yè)。

3) 對于一條沿煤層底板掘進(jìn)、另一條沿煤層頂板掘進(jìn)的兩條巷道的交叉點(diǎn)，可適當(dāng)加大對巷道頂板和煤幫全錨網(wǎng)支護(hù)的密度，加大對頂板的錨索支護(hù)密度，并對沿煤層頂板掘進(jìn)的空巷的底板注高水材料漿液做加固處理，然后底板先鋪大板、鋪金屬網(wǎng)，再打設(shè)聯(lián)鎖木垛，底層在交叉口兩側(cè)打設(shè)木垛鎖口。工作面推進(jìn)到距交叉口5 m時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少或停止放煤，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小工作面采高，直至工作面通過該空巷后方可恢復(fù)正常作業(yè)。

4) 如果是6212運(yùn)巷或6212風(fēng)巷與空巷的交叉點(diǎn)，應(yīng)于交叉口10 m范圍內(nèi)在6212運(yùn)巷或6212風(fēng)巷內(nèi)架設(shè)一梁四柱單體支柱工字鋼棚，棚距0.6 m。

5) 在6212工作面回采初期會(huì)切割原6209風(fēng)巷，該巷道沿3號煤層底板布置，與工作面方向垂直，與現(xiàn)6212風(fēng)巷之間僅間隔約5 m的煤柱。6209風(fēng)巷和6212風(fēng)巷都在6212工作面切眼前方約53 m與62上山軌道巷斜交。由于兩個(gè)交叉點(diǎn)距離很近，交叉點(diǎn)附近較大范圍內(nèi)的圍巖處于應(yīng)力疊加影響區(qū)內(nèi)，特別容易發(fā)生變形和破壞，在所有交叉點(diǎn)中，6212工作面回采通過該處的交叉點(diǎn)難度最高。因此建議于交叉口10 m范圍內(nèi)在6212風(fēng)巷內(nèi)架設(shè)一梁四柱單體支柱工字鋼棚，棚距0.6 m，而交叉口10 m范圍內(nèi)的空巷應(yīng)先打密閉墻，然后用超高水材料注漿充填，見圖3。

圖3 6212風(fēng)巷與原6209風(fēng)巷、62上山軌道巷交叉口加固示意

3 過空巷安全技術(shù)措施

6212煤柱工作面回采過程中會(huì)頻繁通過空巷，其中包括沿煤層頂板掘進(jìn)的空巷、沿煤層底板掘進(jìn)的空巷、同層空巷交叉點(diǎn)、立交空巷交叉點(diǎn)等，頂板管理、現(xiàn)場安全管理難度大，除了需要掌握過空巷方法外，還需采取如下安全技術(shù)措施。

1) 放煤控制。根據(jù)6212工作面頂板來壓情況，結(jié)合工作面壓力顯現(xiàn)及煤墻松軟垮落程度確定具體措施。工作面通過沿煤層底板掘進(jìn)的空巷時(shí)，如果空巷沒有冒頂，一般可以直接正常推進(jìn)和放頂煤。工作面通過沿煤層頂板掘進(jìn)的空巷時(shí)，應(yīng)在工作面推進(jìn)到距空巷5 m時(shí)，停止放煤，同時(shí)適當(dāng)減小工作面采高，工作面快速推過空巷，防止支架壓死(保證支架前柱500 mm伸縮量)，最大限度減小支架對空巷頂錨網(wǎng)支護(hù)的破壞。過冒頂區(qū)域時(shí)，因冒頂區(qū)域已經(jīng)全部注漿充填，工作面可不放頂煤，待工作面通過該區(qū)域后再繼續(xù)正常的循環(huán)作業(yè)。

2) 頂板管理。工作面推進(jìn)過程中，必須嚴(yán)格控制好工作面推進(jìn)速度，當(dāng)工作面接近空巷時(shí)，煤壁逐漸變薄，易出現(xiàn)片幫、冒頂，此時(shí)應(yīng)降低采煤機(jī)割煤速度，且割煤前須提前完成支架超前移架，并用坑木護(hù)頂，如果空巷處煤體垮落，必須用坑木將空巷空頂處填滿，支護(hù)頂板。空巷暴露區(qū)段，支架必須超前移出，如果支架不能支護(hù)住坑木上的連鎖木垛，必須先用護(hù)幫板護(hù)住。護(hù)頂坑木應(yīng)盡量切頂并橫穿工作面空巷的外幫煤墻(靠近采空區(qū)側(cè)為內(nèi)側(cè)，反之為外側(cè))，割煤時(shí)防止割到坑木，防止物料甩出傷人。如果空巷頂板出現(xiàn)下沉，機(jī)組難以通過時(shí)，必須采取挑頂作業(yè)。工作面片幫嚴(yán)重時(shí)，必須在煤壁處打護(hù)幫柱，以防因片幫嚴(yán)重造成冒頂，片幫超過500 mm 時(shí)，須注漿加固。過空巷時(shí)支架間應(yīng)鋪設(shè)防護(hù)網(wǎng)，防止冒落矸石砸傷設(shè)備和操作人員。

3) 工作面過平行空巷內(nèi)側(cè)煤壁時(shí)，且空巷中存在錨桿段，采煤機(jī)須停機(jī)，同時(shí)閉鎖工作面刮板輸送機(jī)，人員進(jìn)入煤壁取錨桿。當(dāng)有金屬物纏繞機(jī)組滾筒時(shí)，機(jī)組立即退后3 m，停機(jī)閉鎖刮板輸送機(jī)，機(jī)組摘刀，同時(shí)打護(hù)幫板護(hù)幫護(hù)頂，經(jīng)敲幫問頂確認(rèn)無危險(xiǎn)后，進(jìn)入刮板輸送機(jī)內(nèi)取錨桿。

4 結(jié) 語

6212煤柱工作面推進(jìn)過程中遇到的空巷數(shù)量較多，并且空巷與工作面之間的關(guān)系較復(fù)雜，為了保證煤炭資源的安全回采，必須針對空巷與工作面間的位置關(guān)系提出相應(yīng)的空巷預(yù)加固措施，并提出相應(yīng)的過空巷安全技術(shù)措施。6212煤柱工作面設(shè)計(jì)切眼長度215 m，總推進(jìn)長度281 m，煤炭回收率為91.5%(其中底煤98%，放頂煤85%)，共可以回收煤炭資源約38.2萬t，可以極大提高王莊煤礦煤炭資源的回收率。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，必須定期對工作面礦壓進(jìn)行監(jiān)測，基于礦壓監(jiān)測結(jié)果，對過空巷控制技術(shù)及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以保障工作面的安全高效回采。