晉北煤礦5-103綜采面過下層空巷支護(hù)技術(shù)

章永成

(霍州煤電集團(tuán) 晉北煤業(yè)有限公司，山西 靜樂 035100)

空巷是煤礦無序開采或由于綜采工作面設(shè)計(jì)方案改變在回采工作面中部留下的巷道?？障锿ǔＲ虼嬖跁r(shí)間較長，會(huì)發(fā)生積水、瓦斯積聚、頂板網(wǎng)兜、兩幫片幫、底板浮煤等現(xiàn)象。開采時(shí)，受采動(dòng)影響，空巷易發(fā)生頂板下沉、煤幫片幫等，給工作面帶來極不利的影響[1-2]. 當(dāng)前，煤礦工作面過空巷支護(hù)方式多采用“井”字形木垛支護(hù)、錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)和高水充填支護(hù)[3]. 但在實(shí)際應(yīng)用中大多采用單一支護(hù)方式對過空巷區(qū)域進(jìn)行支護(hù)，結(jié)合晉北煤礦5-103工作面過空巷實(shí)際工程情況，制定“整體充填”和“支護(hù)+部分充填”兩種過空巷技術(shù)方案，并對其優(yōu)劣進(jìn)行分析研究，為提高工作面過空巷技術(shù)提供研究基礎(chǔ)[4].

1 5-103工作面及空巷原支護(hù)概況

1.1 5-103工作面概況

晉北煤礦5-103工作面傾向長度660 m，走向長度180 m，地質(zhì)儲(chǔ)量75萬t，采用傾向長壁一次性采全高的采煤方法，采空區(qū)采用全部垮落法。工作面運(yùn)輸、運(yùn)料兩巷均沿煤層傾向布置，切巷沿煤層走向布置。支護(hù)方式：工作面選用ZY11000/24.5/50型兩柱支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，支架中心距為1 750 mm，端面距為340 mm，兩巷端頭及超前采用單體柱支護(hù)。

5-103回采工作面在推進(jìn)至310 m時(shí)將通過與其立交集中軌道巷(5-103工作面位于上方)，5-103回采工作面空巷的布置見圖1. 集中軌道巷與5-1031巷立交處層間距為13 m(頂板巖性為10.9 m泥巖、2.1 m煤)，與5-1032立交處層間距為4 m(頂板巖性為4 m煤)，立交區(qū)域?yàn)?0 m,11#工字鋼架棚巷道，100 m錨網(wǎng)梁巷道。

圖1 5-103回采工作面過空巷布置情況圖

1.2 空巷原支護(hù)概況

5-103工作面與集中軌道立交區(qū)域?yàn)?80 m，其中集中軌道巷架棚巷道80 m，錨桿巷道100 m.

1) 錨網(wǎng)梁支護(hù)形式。

巷道為矩形斷面,毛寬4 500 mm×高2 600 mm，凈寬4 300 mm×高2 500 mm，毛斷面11.7 m2，凈斷面10.75 m2. 巷道頂錨桿間排距840 mm×1 000 mm；幫錨桿間排距900 mm×1 000 mm，最上一根幫錨桿距頂200 mm，底角錨桿距底板600 mm. 錨索排距3 000 mm，錨索布置在兩排錨桿中間，錨索間距1 600 mm，對稱布置于巷道中心線兩側(cè)。緊貼頂幫鋪設(shè)一層菱形網(wǎng)，網(wǎng)與網(wǎng)間用聯(lián)網(wǎng)絲(16#鉛絲制作)聯(lián)接，每隔120 mm聯(lián)一道，搭接長度為100 mm.

2) 架棚支護(hù)形式。

巷道采用11#礦工鋼梯形棚進(jìn)行支護(hù)，凈尺寸：上寬3.2 m，下寬4.6 m，高3.0 m，凈斷面積11.7 m2；毛尺寸：上寬3.65 m，下寬4.925 m，高3.2 m，毛斷面積13.72 m2. 巷道采用板梁配合構(gòu)木“六·八”盤幫勾頂，頂部6根板梁(1/2d180 mm×1 200 mm)間距550 mm，最邊兩根分別距兩端棚梁與腿連接處各225 mm，兩幫各4根構(gòu)木(60 mm×50 mm×1 200 mm)間距900 mm，第一根構(gòu)木距梁與腿連接處為300 mm，棚距為1 m. 緊貼頂幫鋪設(shè)一層菱形網(wǎng)，網(wǎng)與網(wǎng)間用聯(lián)網(wǎng)絲(16#鉛絲制作)聯(lián)接，每隔120 mm聯(lián)一道，搭接長度為100 mm.

3) 主要積水及破壞概況。

巷道頂板含水層為太原組頂部薄層灰?guī)r、砂巖裂隙含水層，該含水層為5上#煤的頂板主要含水層；在深部巖溶不發(fā)育，富水性弱，淺部受風(fēng)化影響，裂隙及巖溶較發(fā)育，富水性相對較好。根據(jù)原工作面掘進(jìn)及礦井現(xiàn)有小窯采空區(qū)資料，掘進(jìn)期間已經(jīng)進(jìn)行超前探測，不存在積水影響。

2 空巷支護(hù)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)范圍為集中軌道巷與5-103切巷立交處往兩頭10 m共200 m，90 m架棚巷道(斜坡段)為A區(qū)段，110 m錨網(wǎng)梁巷道(平巷段)為B區(qū)段。5-103工作面跨采集中軌道巷位置關(guān)系剖面圖見圖2.

圖2 5-103工作面跨采集中軌道巷位置關(guān)系剖面圖

2.1 方案一

AB兩區(qū)段均采用矸石配合高水材料進(jìn)行整體充填[5]，具體方案如下：

A區(qū)段充填方案：采用袋裝矸石配合高水材料對巷道進(jìn)行充填。提前在無極繩機(jī)尾處備用35 t高水材料和1 000 m3矸石。首先對該區(qū)段巷道兩幫采用袋裝矸石進(jìn)行充填(不占軌道運(yùn)輸空間)，巷道兩幫充填完成后，在坡底施工一道1 m厚的混凝土墻進(jìn)行充分接頂封閉，并接通風(fēng)機(jī)進(jìn)行局部通風(fēng)，然后將巷道中部進(jìn)行充填，距頂剩余15 cm時(shí)采用高水材料填縫接頂，接頂完成后施工一道混凝土墻接頂封閉。

B區(qū)段充填方案：采用袋裝矸石充填，高水材料填縫接頂，每20 m為一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)采用木板隔段，共施工6個(gè)循環(huán)。首先接通風(fēng)機(jī)至閉墻處進(jìn)行局部通風(fēng)，從無極繩機(jī)頭進(jìn)料，采用袋裝矸石充填，最后采用高水材料進(jìn)行填縫接頂,接頂完成后施工1 m厚混凝土墻進(jìn)行充分接頂封閉。

2.2 方案二

A區(qū)段采用矸石配合高水材料進(jìn)行充填，B區(qū)段采用木垛配合幫錨索進(jìn)行支護(hù)[6]，具體方案如下：

A區(qū)段充填方案：同方案一。

B區(qū)段支護(hù)方案：采用木垛配合幫錨索進(jìn)行支設(shè)，木垛采用200 mm×200 mm×1 200 mm道木(每層布置6根道木)，間排距為0.8 m×1.5 m，采用木楔進(jìn)行接頂，每排施工兩個(gè)木垛，共施工78個(gè)木垛，每個(gè)木垛需道木90塊，共需道木7 020塊。兩幫采用d17.8 mm鋼絞線，長度為4.3 m錨索配合槽鋼(長2.5 m，2孔，孔間距2 000 mm)及墊片(d130 mm×8 mm×20.5 mm金屬碟形)進(jìn)行支護(hù)，每幫施工兩排，兩排錨索交錯(cuò)布置，間排距為2 000 mm×1 000 mm，第一排距頂500 mm.

3 方案對比

3.1 方案對比與選擇

1) 成本對比。

方案一:需高水材料100 t,矸石2 400 m3，共計(jì)費(fèi)用244 720元；延米單價(jià)1 231.01元/m.

方案二:需高水材料35 t，矸石1 000 m3，道木7 020塊，2.5 m槽鋼158根，4.3 m錨索316根，碟片316個(gè)，鎖具316個(gè)，共計(jì)914 068元；延米單價(jià)5 521.47元/m.

2) 工期對比。

方案一：按照進(jìn)料效率計(jì)算，A區(qū)段充填90 m需20天，B區(qū)段充填110 m需25天，施工時(shí)間共45天。

方案二：A區(qū)段充填工期需20天，B區(qū)段支設(shè)木垛13天，施工錨索19 天，共計(jì)52天。

3) 綜合比較。

方案二中材料運(yùn)輸量較方案一少，部分支護(hù)材料可根據(jù)過完空巷口巷道壓力情況進(jìn)行回收，能夠節(jié)約部分費(fèi)用，但是木垛只能夠?qū)ο锏理敯暹M(jìn)行支護(hù)，不能對巷道兩巷進(jìn)行有效支護(hù)，巷道兩幫需施工幫錨加強(qiáng)支護(hù)，增加了施工成本及施工時(shí)間。方案一能夠充分接觸頂板與兩幫，更好地控制頂幫和采空區(qū)來壓，保證頂板完整性。綜合考慮，選擇方案一。

3.2 過空巷措施

1) 過空巷前調(diào)整來壓步距：根據(jù)工作面頂幫來壓情況調(diào)整推進(jìn)度來調(diào)整來壓步距，在過空巷期間避開周期來壓。

2) 調(diào)斜開采：推進(jìn)距空巷30 m時(shí)工作面提前進(jìn)行調(diào)斜，正巷超前副巷15～20 m，調(diào)斜角度為5°～6°，由正巷開始過空巷，割煤25刀(預(yù)計(jì)3天)，過空巷完成。

3) 初撐力管理：工作面支架要調(diào)整好平衡油缸，保證支架頂梁與頂板接實(shí)，在過空巷時(shí)支架初撐力不得低于10 MPa，過空巷后初撐力不得低于24 MPa.

4) 工作面距空巷5 m時(shí)調(diào)整采高，將采高控制在3.5～4 m，過空巷期間采用3個(gè)小班連續(xù)生產(chǎn)、中班不檢修等方式快速推進(jìn)。

5) 加強(qiáng)液壓系統(tǒng)管理，確保工作面供液正常，杜絕工作面出現(xiàn)液管漏液、閥組竄液等現(xiàn)象。

6) 確保頂板監(jiān)測系統(tǒng)完好，每班對支架初撐力情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，及時(shí)了解工作面頂板周期來壓變化情況，以便及時(shí)采取相關(guān)支護(hù)措施。

7) 加強(qiáng)兩巷超前支護(hù)、端頭支護(hù)、封口柱支設(shè)管理，確保單體柱初撐力達(dá)標(biāo)。

8) 嚴(yán)格執(zhí)行巷道巡回檢查制度，每班由帶班隊(duì)干對工作區(qū)域內(nèi)巷道頂幫壓力檢查不少于兩回，對檢查出的頂幫壓力變化問題及時(shí)匯報(bào)，采取應(yīng)對措施。

9) 工作面過空巷期間，確保工作面?zhèn)溆弥ёo(hù)材料到位。

4 結(jié) 語

晉北煤礦5-103回采工作面2018年11月18日—2018年11月21日過空巷其間，未發(fā)生工作面下沉現(xiàn)象，順利通過下層空巷。實(shí)踐證明高水材料配合煤矸石進(jìn)行空巷充填具有充分接頂、控制空巷圍巖的變形和移動(dòng)、保證煤體完整、穩(wěn)定作用。為今后采用充填法過空巷提供重要參考，采用煤矸石配合高水材料降低材料成本投入，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。