厚煤層大采高綜采工作面過空巷技術(shù)研究

曹海飛

（山西焦煤汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)綜放隊(duì)，山西 孝義 032302）

0 引言

空巷是開采設(shè)計(jì)變更或者小煤窯無序開采遺留的廢棄巷道，綜采工作面過空巷時(shí)在采動(dòng)、超前支承壓力等疊加影響下容易導(dǎo)致空巷頂板下沉、巷幫收斂等情況，采面與空巷貫通期間容易誘發(fā)大面積冒頂、壓架等問題，制約煤炭回采[1-2]。眾多學(xué)者提出采用高水材料充填、注漿加固、錨網(wǎng)索支護(hù)、架棚支護(hù)等多種空巷加固措施，現(xiàn)場(chǎng)取得一定效果[3-5]。山西某礦受開采設(shè)計(jì)變更影響，導(dǎo)致15307 綜采工作面內(nèi)存在有廢棄空巷，文中就以該采面過空巷為工程背景，對(duì)采用的過空巷技術(shù)進(jìn)行分析探討。

1 15307 綜采工作面概況

15307 綜采工作面設(shè)計(jì)傾向長(zhǎng)為180 m、推進(jìn)長(zhǎng)為1450 m，開采15 號(hào)煤層，煤厚4.7 m，15 號(hào)煤層賦存穩(wěn)定，傾角5°～8°，頂板以粉砂巖、砂巖及泥巖互層為主。15307 綜采工作面內(nèi)布置MXG-350 采煤機(jī)割煤、SGZ-764/320 刮板輸送機(jī)運(yùn)輸、ZY9000/25/50D液壓支架管理頂板。15307 綜采工作面開采范圍內(nèi)存在有廢棄空巷，該空巷進(jìn)入到采面內(nèi)深度為45 m，空巷巷寬5.0 m、巷長(zhǎng)4.5 m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)。具體位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 采面與廢棄空巷位置關(guān)系

采面開采范圍內(nèi)存在廢棄空巷不僅會(huì)制約回采效率而且在過空巷期間存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。面臨的主要問題包括空巷內(nèi)瓦斯集聚、礦壓異常顯現(xiàn)導(dǎo)致直接前移困難、懸空面積大導(dǎo)致頂板冒落、采面底板與空巷底板不在一個(gè)水平面上等。因此應(yīng)根據(jù)15307 綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)情況針對(duì)性制定采面過空巷技術(shù)方案，以便實(shí)現(xiàn)采面安全高效回采。

2 采面過空巷技術(shù)

2.1 強(qiáng)化瓦斯治理

1）在采面過空巷前通風(fēng)部門組織人員安裝局部通風(fēng)機(jī)，打開空巷原有密閉對(duì)空巷內(nèi)積聚瓦斯進(jìn)行排放，并確?？障锟烧ＭL(fēng)。

2）嚴(yán)格保證空巷內(nèi)及采面供風(fēng)量，強(qiáng)化瓦斯檢測(cè)及管理，只有空巷內(nèi)風(fēng)流保持穩(wěn)定且瓦斯?jié)舛冉抵?.5%以內(nèi)時(shí)，方可允許作業(yè)。若瓦斯超限時(shí)則即可停止作業(yè)并撤出工作人員。

3）揭露空巷后暫時(shí)停止割煤，待整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)保持穩(wěn)定后采煤機(jī)方可繼續(xù)割煤。

2.2 空巷圍巖加固

待通風(fēng)部門排出空巷內(nèi)瓦斯后，采用高水充填支柱對(duì)空巷頂板進(jìn)行支撐，確保采面回采期間空巷頂板穩(wěn)定。充填支柱施工期間，采用的充填材料應(yīng)具備強(qiáng)度高、凝結(jié)速度快優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)空巷頂板及時(shí)支撐。

2.2.1 充填材料

充填材料包括A、B 兩種組分，其中A 組分成分主要為硫酸鹽水泥熟料、添加劑等；B 組分成分主要為生石灰、石膏以及添加劑等。充填材料單組分具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可滿足遠(yuǎn)距離泵送需求，充填材料水灰質(zhì)量比可在（0.8～6.0）∶1 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，滿足充填加固需要。具體充填材料性能參數(shù)如表1 所示。

表1 充填材料性能參數(shù)

在充填支柱施工時(shí)，要求充填材料凝結(jié)速度較快，以便實(shí)現(xiàn)快速支撐空巷頂板，避免充填材料凝結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)引起的倒包、鼓包等問題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，確定充填材料水灰質(zhì)量比為1∶1，在該水灰比條件下可充填材料強(qiáng)度可滿足充填支柱支護(hù)圍巖需要，且材料消耗量控制在720 kg/m3，在滿足充填加固同時(shí)降低充填成本。

2.2.2 充填支柱施工參數(shù)

根據(jù)空巷空間分布情況，采用直徑為1 m 充填支柱控制空巷頂板，高度4.5 m，上部留100～300 mm 讓壓層，允許空巷頂板在礦壓作用下小范圍下沉，適當(dāng)部分頂板壓力?？障飪?nèi)充填支柱分兩排交錯(cuò)布置，具體布置如圖2 所示?？障锟拷擅?zhèn)任恢贸涮钪ёo(hù)與巷幫間距控制在500 mm、在遠(yuǎn)離采面?zhèn)任恢贸涮钪ёo(hù)與巷幫間距800 mm；充填支護(hù)排距為1700 mm、間距為1500 mm。在空巷內(nèi)共布置60 個(gè)充填支柱，共計(jì)使用充填材料約91 m3。

圖2 充填支柱布置示意圖（單位：mm）

2.3 過空巷期間管理措施

在15307 綜采工作面接近空巷前，全面檢修采煤、運(yùn)輸、支護(hù)等系統(tǒng)設(shè)備，更換易損壞部件，確保過空巷期間不出現(xiàn)機(jī)電故障，以便提高采面推進(jìn)速度，減少空頂面積及時(shí)間，避免期間頂板冒落。在采面與空巷間距15 m 時(shí)，調(diào)整采面與空巷角度，采面回風(fēng)巷一側(cè)加快推進(jìn)速度、進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)適當(dāng)減緩?fù)七M(jìn)速度，從而使得采面與空巷間形成5°夾角，具體見圖3，從而使得采面從最里側(cè)揭露空巷。采面調(diào)斜具有下述優(yōu)勢(shì)：

圖3 采面調(diào)斜示意圖

1）通過采面調(diào)斜后，可實(shí)現(xiàn)采面逐段揭露空巷，采煤機(jī)每截割一刀即可向前推進(jìn)0.55 m，揭露空巷6.3 m，采面割8 刀即可全部揭露空巷。

2）將調(diào)斜角度設(shè)計(jì)為5°，不會(huì)導(dǎo)致調(diào)斜角度過大引起的采面過長(zhǎng)問題，同時(shí)刮板輸送機(jī)、液壓支架不會(huì)出現(xiàn)竄向機(jī)頭或者機(jī)尾，避免出現(xiàn)機(jī)組無法割透采面回采巷道兩側(cè)煤壁以及采面出現(xiàn)空頂問題。

3）采面可從最里側(cè)揭露空巷，以便形成全負(fù)壓通風(fēng)，確?？障锟烧ＭL(fēng)，避免空巷內(nèi)出現(xiàn)瓦斯集聚。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

對(duì)采面過空巷期間空巷圍巖變形情況如圖4 所示。隨著采面與空巷間距不斷縮小，采動(dòng)對(duì)空巷圍巖影響程度呈增加趨勢(shì)，空巷頂?shù)装寮跋飵妥冃纬什粩嘣黾于厔?shì)，其中巷道兩幫變形量較大、頂?shù)装遄冃瘟縿t相對(duì)較?。划?dāng)采面與空巷間距為10 m 時(shí)，空巷頂板、底板及兩幫變形量分別為178 mm、160 mm 及228 mm。采用充填支柱可實(shí)現(xiàn)空巷圍巖變形量有效控制，為采面過空巷創(chuàng)造良好條件。

圖4 空巷圍巖變形曲線

在15307 綜采工作面采用以充填支柱控制空巷頂板為核心的過空巷技術(shù)后，采面在過空巷期間綜采設(shè)備、采面頂板等始終保持穩(wěn)定，采面耗時(shí)3 d 即通過該空巷。

4 結(jié)語(yǔ)

15307 綜采工作面一次開采高度大、采動(dòng)礦壓顯現(xiàn)明顯，若采取常規(guī)錨桿索加固或者架棚加固方式時(shí)，容易出現(xiàn)空巷圍巖變形量大、頂板冒落等問題。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，提出用充填支柱加固空巷，確?？障飮鷰r穩(wěn)定。

在采面過空巷前，通過強(qiáng)化瓦斯治理措施可將空巷內(nèi)瓦斯?jié)舛仍诎踩秶鷥?nèi)，采用充填支柱可確?？障飮鷰r穩(wěn)定，采面調(diào)斜可降低一次揭露空巷面積并從里側(cè)揭露空巷。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采面耗時(shí)3 d 即可回采過該空巷，而且回采期間空巷圍巖、采面頂板及綜采設(shè)備等均始終保持穩(wěn)定。