古城煤礦長(zhǎng)綜放無(wú)煤柱工作面過(guò)空巷方案研究

李 鵬，康志鵬

(1.潞安集團(tuán) 古城煤礦，山西 長(zhǎng)治 046100；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221008)

為了提高煤炭采出率，減少資源損失，煤礦往往進(jìn)行無(wú)煤柱開(kāi)采，但是沿采空區(qū)進(jìn)行留巷時(shí)，沿空巷道圍巖穩(wěn)定性控制是一個(gè)難題。綜放工作面開(kāi)采強(qiáng)度大，采動(dòng)影響強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響工作面正常回采[1-5]。而且留巷巷道斷面較大，其圍巖穩(wěn)定機(jī)理需要進(jìn)一步研究認(rèn)識(shí)，尤其是綜放沿空留巷頂煤穩(wěn)定性和綜放沿空留巷大變形控制機(jī)理及技術(shù)。復(fù)雜條件下長(zhǎng)綜放無(wú)煤柱工作面安全回采已成為當(dāng)前礦井亟待解決的技術(shù)難題[6-10]。本文以潞安礦區(qū)古城煤礦N1305工作面為研究背景，結(jié)合古城礦地質(zhì)條件以及現(xiàn)有的設(shè)備，給出了工作面過(guò)空巷的不同方案，分析了不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以探尋N1305工作面過(guò)空巷的最優(yōu)方案。

1 工程概況

N1305工作面地面標(biāo)高為+915～+936 m，埋深503.8～581.4 m，開(kāi)采對(duì)象為山西組中下部3號(hào)煤層，煤層賦存穩(wěn)定，平均厚6.32 m，煤層傾角為6°，屬于近水平煤層，且無(wú)較大地質(zhì)異常及陷落柱，煤層頂板相對(duì)穩(wěn)定。工作面可采長(zhǎng)度為2 175 m，切眼長(zhǎng)度為357 m。

N1305工作面采用“三進(jìn)一回”偏“Y”型通風(fēng)方式，即N1303沿空留巷、N1305輔助運(yùn)輸巷、N1305膠帶運(yùn)輸巷三條巷道為進(jìn)風(fēng)巷，N1306回風(fēng)巷為回風(fēng)巷。N1303工作面沿空留巷全長(zhǎng)2 305 m，與N1305輔助運(yùn)輸巷之間凈煤柱為50 m。N1305工作面在回采期間要通過(guò)N1305輔助運(yùn)輸巷以及過(guò)N1303沿空留巷與N1305輔助運(yùn)輸巷之間的聯(lián)絡(luò)巷，為了回收兩巷之間的50 m煤柱，故工作面回采期間要過(guò)空巷回采。N1305工作面布置如圖1所示。

圖1 N1305工作面布置

2 空巷支護(hù)情況及回采過(guò)空巷存在的問(wèn)題

2.1 空巷支護(hù)情況

2.1.1 N1303沿空留巷支護(hù)情況

巷道凈寬4 m，凈高3.6 m，凈斷面14.4 m2。頂板全斷面(包括柔膜墻體)每排6根錨桿，間排距900 mm×900 mm，兩肩角錨桿與垂線成20°外斜布置，距巷幫為500 mm，其余錨桿全部垂直頂板布置；錨索間排距1 600 mm×900 mm，每排布置3根，中間一根垂直打設(shè)，其余兩根與垂線成20°外斜布置。煤幫一側(cè)布置4根錨桿，間排距1 000 mm×900 mm，其中幫上部錨桿上斜10°布置，距頂200 mm，幫下部錨桿下斜10°布置，距底400 mm，柔膜幫一側(cè)墻體內(nèi)布置4根對(duì)拉錨桿，間排距900 mm×900 mm，錨桿全部水平布置。

N1303沿空留巷支護(hù)情況如圖2所示。

圖2 N1303沿空留巷巷道支護(hù)(mm)

2.1.2 聯(lián)絡(luò)巷支護(hù)情況

N1303沿空留巷與N1305輔助運(yùn)輸巷之間的聯(lián)絡(luò)巷為矩形巷道，寬×高=4.0 m×3.6 m，聯(lián)絡(luò)巷長(zhǎng)度為兩巷煤柱之間的長(zhǎng)度50 m。頂板每排5根錨桿，間排距900 mm×900 mm，錨桿全部垂直頂板布置；錨索為“3-1-3”布置，間排距為1 600 mm×900 mm，均垂直頂板打設(shè)。幫部每排4根錨桿，間排距1 000 mm×900 mm，均垂直幫部打設(shè)。聯(lián)絡(luò)巷支護(hù)情況如圖3所示。

圖3 聯(lián)絡(luò)巷支護(hù)示意(mm)

2.2 工作面回采過(guò)空巷存在的問(wèn)題

由于受到采動(dòng)影響以及工作面礦壓顯現(xiàn)的影響，N1305輔助運(yùn)輸巷存在超前垮冒的安全隱患，聯(lián)絡(luò)巷也存在片幫，底鼓等現(xiàn)象。另外，由于兩種類(lèi)型的空巷均為沿頂掘進(jìn)，工作面回采至空巷還存在液壓支架不接頂，頂板大面積懸空的問(wèn)題。

3 工作面過(guò)空巷方案設(shè)計(jì)

3.1 空巷超前支護(hù)方案

工作面回采過(guò)程中雖然頂板會(huì)出現(xiàn)一定程度的下沉，但依然會(huì)出現(xiàn)支架無(wú)法接頂?shù)默F(xiàn)象，為確保工作面正常回采，對(duì)空巷進(jìn)行了超前支護(hù)控制頂板。根據(jù)N1305工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)以及巷道圍巖條件，N1305輔助運(yùn)輸巷采取的超前支護(hù)方式為一梁三柱π型梁棚，排距500 mm。聯(lián)絡(luò)巷采用頂板加密錨索的方式進(jìn)行加固，由原來(lái)的3-1-3布置，改為3-3-3布置，排距900 mm。超前支護(hù)距離為70～100 m，超前支護(hù)長(zhǎng)度在100～150 m。

3.2 工作面過(guò)空巷支架接頂方案

3.2.1 直接推過(guò)方案

回采時(shí)，工作面沿煤層底板回采，位于此處的液壓支架上方與空巷內(nèi)頂板不接頂，預(yù)計(jì)有2.0 m的空頂。

1) 對(duì)于N1305輔助運(yùn)輸巷，由于巷道寬度較小，回采時(shí)只有3架支架無(wú)法接頂，現(xiàn)場(chǎng)移架時(shí)以20架支架為一組進(jìn)行移架，通過(guò)支架前溜把這3架空頂?shù)闹Ъ芤频揭笪恢谩２⑶矣捎诓擅汉箜敯逅?，可以借助垮冒的頂板進(jìn)行接頂，直接推過(guò)，或者將液壓支架的逼幫板搭接到超前架棚的鋼梁上進(jìn)行護(hù)頂。

2) 對(duì)于聯(lián)絡(luò)巷，長(zhǎng)度為50 m，這樣就會(huì)有大面積空頂現(xiàn)象存在。采用該方案的優(yōu)點(diǎn)是回采推過(guò)工藝簡(jiǎn)單，不增加額外工作量和成本，且不會(huì)造成煤柱丟失。但是該方案有三個(gè)缺點(diǎn)，一是安全性較低，容易出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，并且高頂區(qū)有可能有瓦斯積聚；二是工作面機(jī)尾液壓架大范圍不接頂，無(wú)法提供液壓支架的移動(dòng)以及刮板輸送機(jī)的移動(dòng)的支撐力；三是N1305輔助運(yùn)輸巷存在超前垮塌的問(wèn)題。

3.2.2 聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)充填高水材料方案

高水材料是一種能在高水灰比條件(W/C=1.3∶1～3∶1)下快速凝結(jié)的特種水泥，在體積比水占90%，20～30 min內(nèi)凝結(jié)，100%固化，最終強(qiáng)度達(dá)到8～12 MPa。

在回采至聯(lián)絡(luò)巷前50 m，在聯(lián)絡(luò)巷兩側(cè)設(shè)置擋漿裝置，用雙液注漿泵將攪拌好的甲、乙料泵送至聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，依靠混合漿液良好的流動(dòng)性，自流充滿聯(lián)絡(luò)巷空間?；夭芍谅?lián)絡(luò)巷時(shí)，機(jī)組直接截割充填料，支架直接接頂。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是：高水充填體強(qiáng)度與3號(hào)煤層強(qiáng)度相近，充填后，回采過(guò)程中與實(shí)體煤柱基本無(wú)差別，不會(huì)造成煤柱丟煤，安全性高，支架接頂好。缺點(diǎn)是：增加一套充填設(shè)備，材料成本較高，增加額外工程量。

3.2.3 聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)搭設(shè)木垛方案

N1305工作面回采時(shí)，需要通過(guò)沿煤層頂板掘進(jìn)的聯(lián)絡(luò)巷，其中聯(lián)絡(luò)巷斷面為4 m×3.6 m(寬×高)?；夭蓵r(shí)，由于工作面沿煤層底板回采，所以在回采至聯(lián)絡(luò)巷時(shí)，部分液壓支架架上方與橫貫內(nèi)頂板不接頂。為此采取搭設(shè)木垛的措施。

1) 在回采至聯(lián)絡(luò)巷前一定距離，在聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)打設(shè)吊掛錨索或錨桿，在錨索尾端鏈接鐵鏈，在鐵鏈端部安裝槽鋼作為木垛托架，在托架上打設(shè)木垛與聯(lián)絡(luò)巷頂板接頂。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖4、圖5所示。

圖4 吊掛錨索配合鐵鏈搭接木垛(mm)

圖5 吊掛錨索木垛搭接示意

2) 在回采至聯(lián)絡(luò)巷前一定距離，在聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)打設(shè)多排幫部錨桿，在錨桿外露端套嵌鋼管或通過(guò)兩端焊接螺母的連接件鏈接短錨桿，在鋼管上安置鋼槽作為木垛托架，在托架上搭設(shè)木垛與聯(lián)絡(luò)巷頂板接頂。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖6、圖7所示。

圖6 幫部錨桿外接鋼管搭設(shè)木垛(mm)

回采時(shí)，工作面沿煤層底板回采，回采至聯(lián)絡(luò)巷位置時(shí)，支架稍降前移至木垛下方，然后再升緊支架通過(guò)木垛與聯(lián)絡(luò)巷頂板接頂。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

結(jié)合古城煤礦現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件以及現(xiàn)有設(shè)備，最終選定在聯(lián)絡(luò)巷補(bǔ)打頂錨索，N1305輔助運(yùn)輸巷將液壓支架的逼幫板搭接到超前架棚的鋼梁上進(jìn)行護(hù)頂。在工作面回采過(guò)聯(lián)絡(luò)巷時(shí)采用搭設(shè)木垛接頂?shù)姆椒?，回采至?lián)絡(luò)巷位置時(shí)，支架稍降前移至木垛下方，然后再升緊支架通過(guò)木垛與聯(lián)絡(luò)巷頂板接頂，最終安全順利通過(guò)了空巷，實(shí)現(xiàn)了工作面安全回采。

圖7 幫部錨桿木垛搭設(shè)示意

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)古城煤礦N1305工作面過(guò)空巷存在的問(wèn)題，提出了幾種解決方案，通過(guò)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，最終選擇了適合古城煤礦地質(zhì)條件的綜采工作面過(guò)空巷方案，安全順利地實(shí)現(xiàn)了工作面的回采。