房柱式采空區(qū)下部綜采工作面過(guò)空巷支護(hù)研究

柳昭星，曹祖寶，羅利卜

（1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710000；2.神東天隆集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209）

房柱式采空區(qū)下部綜采工作面過(guò)空巷支護(hù)研究

柳昭星*1，曹祖寶1，羅利卜2

（1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710000；2.神東天隆集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209）

在房柱式工作面下部煤層采用綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁式開(kāi)采時(shí)，存在工作面頂板支承壓力較大、頂板冒落規(guī)律復(fù)雜等問(wèn)題，當(dāng)采用縮短工作面和露天回收遺留煤柱時(shí)，長(zhǎng)壁工作面存在過(guò)空巷的問(wèn)題。結(jié)合昊達(dá)煤礦實(shí)際情況，對(duì)長(zhǎng)壁綜采工作面的支護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了研究，并采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作面液壓支架工作阻力和空巷頂板下沉量來(lái)衡量空巷支護(hù)質(zhì)量，確保了工作面順利安全地通過(guò)了空巷。

房柱式采空區(qū)；空巷；支護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

在20世紀(jì)，由于開(kāi)采技術(shù)的原因，煤層較多地采用了房柱式進(jìn)行回采，即只回采煤房，而遺留煤柱對(duì)采空區(qū)進(jìn)行頂板支護(hù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是頂板安全穩(wěn)定，不易出現(xiàn)冒頂和片幫事故，且不易引起頂板下沉，在“三下”采煤得到較廣泛應(yīng)用［1-2］；但其缺點(diǎn)是回采效率低，煤炭資源浪費(fèi)嚴(yán)重，不利于采用綜合機(jī)械化大面積回采，遺留的采空區(qū)易造成煤炭自燃事故，對(duì)其下部煤層回采和巷道掘進(jìn)帶來(lái)復(fù)雜的底板支承壓力和頂板垮落問(wèn)題等。

在我國(guó)神東礦區(qū)，煤層埋藏淺，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，在進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)采之前大多采用房柱式或刀柱式開(kāi)采，造成了大量房柱式采空區(qū)，在采用走向（或傾向）長(zhǎng)壁工作面綜合機(jī)械化回采下層煤時(shí)，往往需要采取其他安全措施［3-4］，如縮短工作面、露天回收遺留煤柱等。伊金霍洛旗昊達(dá)煤炭有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱昊達(dá)礦）正是采用了上述縮短工作面的方法進(jìn)行下層煤的回采。即通過(guò)將寬工作面均分成2個(gè)窄工作面，中間留有保護(hù)煤柱，以降低上部采空區(qū)的橫跨范圍，待通過(guò)上部采空區(qū)后再合并成寬工作面回采的方法。而由窄工作面向?qū)捁ぷ髅婧喜⒑蠊ぷ髅嫦蚯盎夭蓵r(shí)工作面前方處于超前支撐壓力影響范圍內(nèi)的空巷由于工作面的合并，保護(hù)煤柱的回采而產(chǎn)生應(yīng)力集中問(wèn)題。因此，本文著重對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究和討論，總結(jié)得出了該種情況的應(yīng)力變化規(guī)律及相應(yīng)的支護(hù)方法。

1　工程概況

1.1地質(zhì)概況

昊達(dá)礦可采煤層為3-2號(hào)和4-2號(hào)煤層。3-2號(hào)煤層平均厚度3.81m，為已采煤層，開(kāi)采方式為房柱式開(kāi)采。煤層頂板巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖。煤層開(kāi)采區(qū)域內(nèi)上覆地層平均厚度為41.90m，基巖平均厚度為20.40m。4-2號(hào)煤層距上部3-2號(hào)煤層平均為41.49m。煤層頂板巖性為粉砂巖、砂巖，底板以砂巖、細(xì)砂巖為主，煤層產(chǎn)狀與地層一致，煤層綜合柱狀圖如圖1所示。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層傾角為1°～3°，4206、4207工作面順槽巷道掘進(jìn)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。

1.24206綜采工作面回采概況

4206綜采工作面位于礦井一水平的主水平位置，地面標(biāo)高為1269～1320m，井下標(biāo)高為1196.02～1205.7m，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為1485m，工作面沿傾斜方向長(zhǎng)度為240m，面積約為356400m2。該工作面處于主回撤通道距進(jìn)礦公路408～469m。4206工作面上覆有部分排土場(chǎng)，回采至377m處進(jìn)入排土場(chǎng)，回采至1222m處出排土場(chǎng)。井下位置及相鄰關(guān)系為主回撤通道與4205輔運(yùn)順槽交叉處距東主運(yùn)大巷236m，與4206主運(yùn)順槽交叉處距主運(yùn)大巷444m。

4206工作面處于3-2煤炮采采空區(qū)與露采排土場(chǎng)范圍下，而在此范圍存在頂板大面積垮落對(duì)綜采工作面造成沖擊的危險(xiǎn)性，因此采取留設(shè)煤柱，縮小工作面長(zhǎng)度方法縮小上部采空區(qū)橫跨范圍，從而降低頂板大面積垮落的危險(xiǎn)性。將4206工作面從切眼開(kāi)始沿工作面傾向方向均分為2個(gè)窄工作面，分別為4206（1）工作面和4206（2）工作面2個(gè)工作面，然后在距離切眼431m處合面回采，當(dāng)4206（1）工作面回采到距切眼474m時(shí)進(jìn)入排土場(chǎng)，4206（2）工作面回采到距切眼245m時(shí)進(jìn)入排土場(chǎng)，當(dāng)4206（1）工作面與4206（2）工作面合面后回采到距切眼1210m時(shí)出排土場(chǎng)。如圖2所示。在3-2煤層房柱式采空區(qū)下部，將現(xiàn)有寬度為240m的工作面沿煤層傾向方向均分為2個(gè)寬度為105m的窄工作面，在2個(gè)工作面之間留設(shè)20m的安全煤柱。采用短工作面推過(guò)采空區(qū)壓覆區(qū)后，再合并為一個(gè)寬度為240m的工作面進(jìn)行回采。

圖1　煤層綜合柱狀圖

圖2　工作面開(kāi)采系統(tǒng)調(diào)整示意圖

2　工作面過(guò)空巷支護(hù)

4206工作面開(kāi)采順序?yàn)橄乳_(kāi)采4206（1）工作面，當(dāng)該工作面回采至合并開(kāi)采位置后停止開(kāi)采，接續(xù)開(kāi)采4206（2）工作面。當(dāng)4206（2）工作面推進(jìn)到4206（1）工作面停采線位置時(shí)，2個(gè)工作面合并為一個(gè)工作面進(jìn)行回采（并相應(yīng)增加工作面液壓支架）。當(dāng)4206（1）綜采面和4206（2）綜采面合并后，為了保證合并后工作面前方處于支承壓力影響區(qū)的原窄工作面向前掘進(jìn)的空巷處于穩(wěn)定狀態(tài)、頂板不冒落，使工作面液壓支架能夠?qū)崿F(xiàn)“帶壓”移動(dòng)，須采取以下支護(hù)措施：

（1）工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽巷超前支護(hù)采用DW31.5型單體液壓支柱配合HDL-2800型π型鋼梁“一梁兩柱”進(jìn)行支護(hù)，支柱排距1.0m，間距1.6m。

（2）當(dāng)過(guò)小平行巷時(shí)，提前20m用木柱支護(hù)，支護(hù)范圍2m一根，3排27根，木柱選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況用木楔、木托板進(jìn)行調(diào)節(jié)支護(hù)。

（3）在過(guò)斜聯(lián)巷時(shí)，提前20m進(jìn)行用木柱支護(hù)，支護(hù)范圍2m一根，單排支護(hù)，木柱選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況用木楔、木托板進(jìn)行調(diào)節(jié)支護(hù)。

（4）在過(guò)4206轉(zhuǎn)載巷時(shí)，提前20m進(jìn)行用木柱支護(hù)，支護(hù)范圍2m一根，單排支護(hù)，木柱選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況用木楔、木托板進(jìn)行調(diào)節(jié)支護(hù)。

（5）超前支護(hù)時(shí)，對(duì)平行巷、斜聯(lián)巷、轉(zhuǎn)載巷的聯(lián)巷交叉口進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況用木楔、木托板進(jìn)行調(diào)節(jié)支護(hù)。這些重點(diǎn)加強(qiáng)區(qū)域同時(shí)可以適當(dāng)增加錨桿和錨索支護(hù)以增加頂板和兩幫的穩(wěn)定性。錨桿支護(hù)規(guī)格為?16mm× 1800mm，支護(hù)間排距為1.0m×1.0m；錨索全部采用規(guī)格為?15.24mm×6500mm錨索+鋼網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)，間排距2.0m×3.0m。支護(hù)形式如圖3所示（錨桿、錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)未畫出）。

（6）合并后的4206工作面在靠近原來(lái)4206（2）側(cè)的工作面需要經(jīng)歷一次過(guò)4206裝載巷的過(guò)程，除了上述基本的木柱支護(hù)外，下端頭位置空頂面積大，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)支護(hù)。該礦采用1架ZYG7600/16/33型過(guò)渡液壓支架和3架ZYT7600/16/33型端頭液壓支架支護(hù)進(jìn)行端頭支護(hù)。

圖3　空巷支護(hù)（圖2 A區(qū)放大圖）

3　4206綜采工作面過(guò)空巷期間的礦壓觀測(cè)及分析

為了掌控工作面過(guò)空巷時(shí)的支承壓力分布情況［5-6］，2個(gè)工作面合并后對(duì)工作面液壓支架工作阻力進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測(cè)，并同時(shí)監(jiān)測(cè)各空巷的頂板下沉量。工作面支架從下端頭處開(kāi)始依次往上端頭開(kāi)始編號(hào)，工作面安裝ZYT7600/16/33型掩護(hù)式液壓支架共141架（包括上下端頭各3架），對(duì)頂板實(shí)行全支護(hù)垮落法控制，最小控頂距為4296mm，最大控頂距為5096mm。分別在11#、25#、38#、51#、62#、73#、85#、98#、111#、126#液壓支架布置工作阻力檢測(cè)儀。支架工作阻力從合面后開(kāi)始隨工作面的推進(jìn)距離關(guān)系如圖4所示（所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值）?？障镯敯逑鲁亮坑闷胀ㄤ摮邷y(cè)量即可，測(cè)出最初空巷頂?shù)装寰嚯x，以后每班各測(cè)一次頂?shù)装宓木嚯x即可知道頂板的下沉量，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

圖4　支架工作阻力監(jiān)測(cè)結(jié)果圖

圖5　空巷頂板下沉量監(jiān)測(cè)結(jié)果圖

（1）從工作面液壓支架工作面阻力監(jiān)測(cè)可以看出，當(dāng)工作面經(jīng)歷平行巷和斜聯(lián)巷時(shí)［每條巷道各經(jīng)過(guò)一次，見(jiàn)圖2（a）］，工作面液壓支架最大工作阻力和平均工作阻力變化不大；當(dāng)工作面經(jīng)過(guò)4206轉(zhuǎn)載巷時(shí)，工作面液壓支架工作阻力有所增加，這是因?yàn)槌爸С袎毫Φ挠绊懯沟们胺睫D(zhuǎn)載巷頂板提前出現(xiàn)了下沉，頂板結(jié)構(gòu)不能形成結(jié)構(gòu)，下沉的巖層直接作用在液壓支架上，但仍未超過(guò)額定工作阻力，支架未出現(xiàn)壓死現(xiàn)象?？刹扇】焖偻七M(jìn)經(jīng)過(guò)該轉(zhuǎn)載巷的措施。

（2）當(dāng)工作面推進(jìn)到平行巷和斜聯(lián)巷時(shí)，工作面支架阻力未出現(xiàn)明顯變化是由于上述數(shù)據(jù)采取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均化處理的原因，實(shí)際上，該處的液壓支架工作阻力略有提高（但仍不及過(guò)轉(zhuǎn)載巷時(shí)），應(yīng)適當(dāng)加快推進(jìn)速度。

（3）從空巷頂板下沉量的監(jiān)測(cè)可知，平行巷和斜斜聯(lián)巷的頂板下沉量較小，最大下沉量分別為90mm、140mm，轉(zhuǎn)載巷最大下沉量較大，為320mm，局部有冒頂區(qū)域，應(yīng)增加木支護(hù)或單體液壓支架支護(hù)。

4　結(jié)論

（1）昊達(dá)礦當(dāng)長(zhǎng)壁式綜采工作面需要過(guò)空巷時(shí)，根據(jù)空巷的位置及規(guī)模，可采用單體液壓支柱和木支柱等進(jìn)行支護(hù)，局部交叉巷地區(qū)宜增加錨桿、錨索等支護(hù)方式；超前巷道可采用單體支柱加π型鋼方式進(jìn)行支護(hù)。

（2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，過(guò)空巷工作面液壓支架最大工作阻力為40MPa，空巷頂板最大下沉量為350mm，可采用快速通過(guò)空巷的方式保證工作面的安全順利通過(guò)。

［1］張華興.對(duì)“三下”采煤技術(shù)未來(lái)的思考［J］.煤礦開(kāi)采，2011 （1）：1-3.

［2］孫潔艷，李大屯.九龍礦“三下”采煤技術(shù)效益分析［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012（1）：109-111.

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［6］白曉生.新柳煤礦大斷面切巷過(guò)空巷技術(shù)研究［J］.煤炭工程，2010（5）：35-37.

Then shortening work face and open-pit recycling coal pillars，there is such problem as passing empty roadway.Combined with the actual situation of Haoda coal mine，long-wall fully mechanized working face support nursing problems were studied，and by monitoring field working face hydraulic support working resistance and the amount of roof sinking，the empty roadway supporting quality is judged，so it ensure the working face smoothly and safely passing through the empty roadway.

Study on Passing Empty Roadway Supporting of FullyMechanized Coal Mining Face under Room and Pillar Mining Goaf

LIU Zhao-xing，Chao Zhu-bao1，Luo Li-bu2
（1.CCTEG Xi'an Research Institute，Xi'an Shanxi 710000，China；2.Shendong Tianlong Group LTD.，Erdos Inner Mongolia 017209，China）

In coal seam mining under room and pillar working face by mechanized long-wall，the complex problems of working face roof abutment pressure larger and complex roof fall laws exist.

room and pillar mining；empty roadway；supporting；field monitoring

TD26

A

1004-5716（2016）09-0154-04

2016-04-15

2016-04-16

柳昭星（1988-），男（漢族），山東汶上人，助理工程師，現(xiàn)從事煤炭地質(zhì)災(zāi)害治理與研究工作。