大巷煤柱回收工作面過空巷工藝實(shí)踐*

曹丹弟

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

采用布置綜采工作面回收大巷煤柱需要經(jīng)過年久失修或廢棄的巷道，稱為過空巷[1]?，F(xiàn)階段回收大巷煤柱工作面過空巷時采用的主要支護(hù)方案有木垛支護(hù)、單體液壓支柱支護(hù)、充填支護(hù)等方案[2-4]，但綜合經(jīng)濟(jì)因素和現(xiàn)場地質(zhì)條件進(jìn)行空巷改造并采取組合支護(hù)方案較少[5-6]。納林廟煤礦二號井現(xiàn)階段已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)服務(wù)年限后期，礦井僅剩余最后一個回收大巷煤柱工作面，為了安全高效回采，有必要進(jìn)行回收大巷煤柱過空巷工藝研究。

1 工程背景

伊泰集團(tuán)納林廟二號井隸屬東勝煤田，可采煤層共3層，回采煤層6-2煤，煤層平均厚度5.7 m。煤質(zhì)普氏系數(shù)f為1～3，6-2116綜采工作面是伊泰集團(tuán)納林廟煤礦二號井的最后一個工作面，也是回收大巷煤柱工作面，工作面傾斜長度239.7 m、走向長度2 367 m，采用綜合機(jī)械化一次采全高回采，設(shè)計采高5.5 m。工作面儲量363.3萬t。6-2116綜采工作面東鄰井底車場，西鄰礦井邊界煤柱，南鄰6-2101至6-2110工作面采空區(qū)，北鄰6-2115工作面采空區(qū)，上部為4-2煤層(間距約70 m)回采時需經(jīng)過縱向貫穿工作面的6-2煤西翼3條大巷17條聯(lián)巷和3個暗井。3條大巷從南到北依次為6-2煤西翼輔運(yùn)大巷、6-2煤西翼回風(fēng)大巷、6-2煤西翼主運(yùn)大巷。大巷煤柱范圍內(nèi)另分布有17處原南翼綜采工作面順槽開口段空巷以及2條聯(lián)絡(luò)巷。

8#聯(lián)巷與6-2116工作面平行，呈南北向布置，距工作面切眼562 m，北起原主運(yùn)大巷，南至6-2116工作面輔運(yùn)順槽，全長139.5 m，原斷面為矩形，規(guī)格為5.5 m×3.8 m，如圖1所示。8#聯(lián)巷與工作面對應(yīng)關(guān)系為79～139#支架(機(jī)尾過渡架)。其中回風(fēng)大巷正對59～61#支架；主運(yùn)大巷正對79～80#支架；輔運(yùn)大巷正對99～101#支架。

2 支護(hù)方案

8#聯(lián)巷回采前采用挑頂+充填+木垛+錨網(wǎng)索的支護(hù)方案，并對原大巷幫頂進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

2.1 挑頂

為保證工作面有足夠采高通過8#聯(lián)巷，在回采前對8#聯(lián)巷進(jìn)行挑頂，在不改變8#聯(lián)巷寬度基礎(chǔ)上，底板沿煤層直接底，規(guī)格改為5.5 m×4.8 m，如圖2所示。

圖2 挑頂示意Fig.2 Diagram of roof ripping

2.2 頂板支護(hù)

挑頂后對頂板重新進(jìn)行支護(hù)，8#聯(lián)絡(luò)巷頂板支護(hù)使用φ18 mm×2 000 mm鋼錨桿、φ6.5 mm鋼筋網(wǎng)，φ17.8 mm×7 200 mm和φ21.8 mm×9 500 mm組合錨索以及W鋼帶組合支護(hù)，如圖3所示。φ18 mm×2 000 mm鋼錨桿，間排距1 200 mm×1 000 mm，配合使用規(guī)格為φ6.5 mm×2 500 mm×1 100 mm的鋼筋網(wǎng)護(hù)頂。φ17.8 mm×7 200 mm錨索，間排距為3 000 mm×2 000 mm，φ21.8 mm×9 500 mm錨索配合5 000 mm 的W鋼帶，間排距為2 000 mm×2 000 mm，幫部2根錨索與頂板呈80°傾角，W鋼帶兩端距貫通側(cè)300 mm，距非貫通側(cè)200 mm。

圖3 頂板支護(hù)示意Fig.3 Schematic diagram of roof support

2.3 充填

對支護(hù)后的8#聯(lián)巷進(jìn)行充填，充填體材料采用以粉煤為主。選用PC32.5R型水泥與粉煤，煤與水泥重量比為1∶0.15，調(diào)制成充填膏體，水泥用量為0.24 t/m3。充填時，巷道底板至巷道3.6 m段使用防爆裝載機(jī)攪拌砼，充填體最終普氏系數(shù)達(dá)到原位煤體普氏系數(shù)f為1～3，上部留有1.2 m空間用木垛接頂。

2.4 木垛接頂

由輔運(yùn)順槽向北40 m空巷內(nèi)沿工作面推進(jìn)方向共支設(shè)3排，第1排與第3排木垛邊緣距巷幫為350 mm，第2排木垛沿巷道中心支設(shè)，3排木垛間距2 000 mm；如圖4(a)所示?？紤]到工作面中部較機(jī)尾位置處頂板壓力和下沉量均較大，為增大工作面中部空巷頂板的支護(hù)強(qiáng)度，將自輔運(yùn)順槽向北40 m位置至主運(yùn)大巷的空巷內(nèi)木垛進(jìn)行加密，第1排與第3排木垛邊緣距巷幫為350 mm，第2排木垛沿巷道中心支設(shè)。3排木垛間距1 500 mm，且將第2排木垛由每層2根改為每層3根，均勻布置，如圖4(b)所示。

圖4 木垛接頂方式示意Fig.4 Method of wooden pile support

2.5 大巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

對原主運(yùn)、回風(fēng)和輔運(yùn)大巷與8#聯(lián)巷交叉位置前后及巷道抹角處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在3條大巷推進(jìn)方向前后分別打3排φ21.8 mm×9 500 mm頂錨索，每排3根，共45根。錨索間排距為2 000 mm×2 000 mm，如圖5所示。

圖5 大巷頂板支護(hù)示意Fig.5 Roof support of main roadway

為保持大巷巷幫的完整性，使其在回采時具有良好的支撐性能。在距8#聯(lián)巷100 m時對大巷煤柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。幫錨桿使用玻璃鋼錨桿φ18 mm×2 000 mm，配合使用規(guī)格為120 mm×8 mm的高強(qiáng)過塑托盤，幫網(wǎng)使用全塑網(wǎng)12#/10 200×3 200/50×50 mm，聯(lián)網(wǎng)采用14#鉛絲雙絲雙扣雙道聯(lián)接，聯(lián)網(wǎng)間距≤200 mm。支護(hù)示意圖如圖6所示。

圖6 大巷巷幫支護(hù)示意Fig.6 Side support of main roadway

3 過空巷工藝

3.1 調(diào)壓

為避免貫通時大面積來壓，頂板下沉造成生產(chǎn)事故，在工作面回采過程中詳細(xì)記錄來壓情況，每日由生產(chǎn)班班長填寫礦壓記錄，其中包括來壓范圍、來壓強(qiáng)度、來壓步距等其他一切能反映工作面礦壓顯現(xiàn)特征，統(tǒng)計礦壓規(guī)律。根據(jù)來壓情況，采用等壓、讓壓等方式，保證貫通時避開周期來壓。通過分析過8#聯(lián)巷前正?；夭?生產(chǎn)班每班6刀煤以上)時的礦壓現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，工作面來壓步距約10.4 m、帶壓步距5.0 m。工作面距8#聯(lián)巷不同位置處支架平均工作阻力變化如圖7所示。在距8#聯(lián)巷8 m位置處開始等壓一個圓班(24 h)，繼續(xù)推進(jìn)2 m開始來壓，持續(xù)4 m來壓結(jié)束，至貫通時，工作面整體處于無壓狀態(tài)，證明壓力控制效果顯著。利用停產(chǎn)等壓時間，全面檢修三機(jī)、煤機(jī)等影響生產(chǎn)的機(jī)電設(shè)備，對問題設(shè)備和電纜進(jìn)行更換，保證機(jī)電設(shè)備以完好的狀態(tài)通過8#聯(lián)巷。

圖7 工作面支架平均工作阻力Fig.7 Average working resistance of support in working face

3.2 定層位

為避免貫通時頂板來壓，下沉量和下沉速度急增，造成無法通過煤機(jī)和壓壞支架[7-9]，確定在工作面8#聯(lián)巷貫通前采用底板沿夾矸推進(jìn)。頂板基本不留或少留頂煤方式推進(jìn)，工作面整體采高達(dá)到5.0 m以上。即使在貫通時及貫通后頂板大面積下沉，工作面采高也有足夠的余量通過煤機(jī)。按照原制定層位貫通方案，貫通時工作面頂板基本與8#聯(lián)巷頂板平行，頂板臺階普遍在200 mm以內(nèi)，工作面采高基本在4.8 m以上，整體層位貫通效果良好。

3.3 調(diào)斜

因8#聯(lián)巷與工作面平行，為避免貫通時，頂板沿支架頂梁前方切落，進(jìn)而造成大面積冒頂事故[10-11]。工作面推至機(jī)頭前對工作面推進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)斜，使工作面煤壁與機(jī)頭軸向呈一定夾角，工作面從機(jī)尾一端向另一端逐步揭露，支架逐段挑住頂板，以減輕頂板來壓強(qiáng)度，保證工作面能夠順利通過空巷，圖8為調(diào)斜原理示意圖。其中DF為工作面長度，239.7 m；AB、EF為工作面每刀推進(jìn)距離，0.8 m；AD為調(diào)斜后機(jī)尾超前機(jī)頭長度，BC、GF為每刀貫通空巷的長度。根據(jù)相似三角形原理，ΔABC∽ΔADF，則

(1)

圖8 調(diào)斜示意Fig.8 Sketch of inclination adjustment

根據(jù)機(jī)尾超前機(jī)頭長度與每刀工作面貫通長度的關(guān)系，計算得出調(diào)斜貫通長度見表1。因8#聯(lián)巷全長139.5 m，確定采區(qū)機(jī)尾超前機(jī)頭6.4 m，每刀貫通29.96 m的方式進(jìn)行調(diào)斜，8#聯(lián)巷分5刀被貫通。

表1 調(diào)斜貫通長度

4 結(jié)論

(1)選用挑頂+充填+木垛+錨網(wǎng)索的支護(hù)方式可滿足對8#聯(lián)巷的支護(hù)需求，回采時鐵器(錨桿、錨索)不會進(jìn)入煤流損壞設(shè)備，保證了工作面快速通過8#聯(lián)巷。大巷幫頂提前補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，保證了空巷交叉等懸頂面積較大部位的頂板穩(wěn)定性。

(2)實(shí)踐表明，采用調(diào)壓、調(diào)斜、定層位等方式是一種安全高效的過空巷工藝，可以為本地區(qū)類似地質(zhì)條件工作面過空巷提供一定參考。