采煤工作面過平行空巷支護及管理措施研究

高國登

（山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

當(dāng)煤層復(fù)采或者存在開采設(shè)計變更時，回采空間內(nèi)常見廢棄空巷，從而給煤炭回采帶來一定的制約[1-2]?；夭晒ぷ髅婊夭蛇^空巷期間礦壓顯示、應(yīng)力分布等與實體煤等有明顯差異，常出現(xiàn)頂板冒落或煤壁片幫等問題，不僅制約煤炭正?；夭?，而且給采面回采帶來安全威脅[3-5]?，F(xiàn)階段采面過空巷常見技術(shù)包括空巷充填、單體或者木垛支護頂板、空巷圍巖注漿等方式，其基本原理是強化空巷圍巖支護，確保采面回采期間空巷圍巖穩(wěn)定[6-7]。山西某礦3506 綜采工作面回采范圍內(nèi)存在平行于采面的空巷，為確保采面回采安全，提出采用木垛、單體、錨桿索等組合方式對空巷圍巖進行支護，不僅可確保采面回采過空巷期間圍巖穩(wěn)定，而且實現(xiàn)了煤炭高效回采，研究成果還可為其他礦井類似情況下采面過空巷提供經(jīng)驗借鑒。

1 3506 綜采工作面概況

3506 綜采工作面回采3 號煤層，煤層厚度均值3.5 m，賦存穩(wěn)定，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、泥巖為主，裂隙較為發(fā)育。3506 綜采工作面設(shè)計走向長度230m、傾向長度220m，開采高度3.5m，采面采用MG750/1860-WD 采煤機、ZY6800/19.5/4支架、SGZ-1000/1400 刮板輸送機，采面東側(cè)為采空區(qū)，西側(cè)及北側(cè)均為實體煤，南側(cè)為采區(qū)集中軌道、運輸?shù)认锏馈?/p>

受到采區(qū)開采變更影響，在采面回采空間內(nèi)存在平行于切眼的空巷，具體分布如圖1 所示。采面空巷斜長為235 m，斷面為矩形（凈寬4.0 m、凈高2.8 m），巷道采用錨網(wǎng)索支護方式，其中頂板、巷幫錨桿規(guī)格均為20 mm×1 800 mm，間排距均為900 mm、850 mm。為確保采面回采過空巷安全，需對空巷圍巖進行補強加固。

圖1 采面與空巷位置關(guān)系示意圖

2 空巷補強加固方案

3506 綜采工作面內(nèi)空巷存在支護強度低、圍巖變形嚴重及年久失修等問題，當(dāng)采面回采接近空巷時在采動壓力作用下空巷容易出現(xiàn)頂板冒落、支護體系失效等問題，增加采面頂板控制難度，極容易引發(fā)安全事故。因此，采面在回采過空巷期間需對圍巖進行補強加固。

2.1 單體、木垛組合加固

在3506 工作面與空巷間距150 m 時即開始啟封空巷，并采用局部通風(fēng)機為空巷通風(fēng)，確?？障飪?nèi)有毒有害氣體及時排出。為確?？障镌诔皦毫τ绊懴聡鷰r穩(wěn)定，在空巷原有錨網(wǎng)索支護體系基礎(chǔ)上，采用木垛、單體等對空巷頂板進行補強。采用的單體每排布置4 根、單體間排距為1 500 mm、1 500 mm，兩側(cè)單體與巷幫間距均為250 mm?？障飪?nèi)采用直徑16 mm、長度2.0 m 圓木組成木垛對頂板進行支護，木垛間隔為6.0 m。具體采面空巷內(nèi)木垛、單體支護布置如下頁圖2 所示。

圖2 空巷內(nèi)木垛、單體支護布置示意圖（單位：mm）

2.2 錨桿索補強支護

在對空巷采用單體、木垛等對頂板進行支護后，依次檢查空巷內(nèi)頂板、巷幫變形情況及巷道內(nèi)錨網(wǎng)索支護體系穩(wěn)定性。對空巷局部圍巖變形嚴重或者錨網(wǎng)索支護體系失效區(qū)補打錨桿索對圍巖進行加固。

由于采面上下端頭區(qū)域為應(yīng)力集中區(qū)，為確保采面回采推進過空巷期間空巷兩端圍巖穩(wěn)定，需要重點對空巷與采面回采巷道交匯區(qū)進行補強加固，具體補強加固范圍為空巷與回采巷道內(nèi)各15 m。在空巷與順槽交匯位置，對空巷及回采巷道原有錨桿索中部施工與原支護體系相同的錨桿索，間排距與原有支護體系錨桿索間排距一致。通過加密錨網(wǎng)索布置實現(xiàn)強化圍巖支護的目的。

3 采面過空巷管理措施

3.1 采面調(diào)斜布置

由于空巷與采面間夾角較小，為減少采面一次揭露空巷斷面，確保過空巷期間頂板及巷幫煤體穩(wěn)定，對3506 工作面適當(dāng)調(diào)斜。根據(jù)采面礦壓監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)上端頭位置較下端頭礦壓顯現(xiàn)明顯，采用上端頭超前下端頭方式過空巷。受到采面內(nèi)綜采設(shè)備性能影響，采面調(diào)斜角度不宜過大，在采面與空巷相距35 m 時開始對采面進行調(diào)斜，采用“尾三頭一”方式割煤（即機尾位置割3 刀、機頭位置割1 刀），確保機尾超前機頭20 m。

采用MG750/1860-WD 型采煤機，截割深度為800 mm，采面每割一刀預(yù)計揭露約10 m 空巷。在采面回采過空巷期間必須確保刮板輸送機、液壓支架等平直。采面回采過空巷后采用“頭三尾一”方式割煤，及時對采面傾斜角度進行調(diào)整，確保采面與回采巷道垂直。

3.2 采面液壓支架移架管理

在采面揭露空巷時，作業(yè)人員采用已布置的測點對空巷圍巖變形進行監(jiān)測，嚴禁人員進入空巷內(nèi)。同時在回采過空巷期間應(yīng)科學(xué)制訂施工計劃，確保采面可連續(xù)生產(chǎn)。在過空巷期間各工種應(yīng)密切配合，液壓支架移架應(yīng)緊跟采煤機，確保間距在2 m 以內(nèi)；液壓支架采用帶壓移架方式，支架移動到位后初撐力控制在24 MPa 以上，并及時伸出前探梁對頂板及煤壁等進行支撐。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

1）在3506 工作面過空巷期間采用YHY-60 工作阻力監(jiān)測儀監(jiān)測支架工作阻力變化，結(jié)果通過通信系統(tǒng)傳輸給礦壓監(jiān)測部分，以便進行分析處理，確保采面后續(xù)生產(chǎn)安全，具體支架工作阻力監(jiān)測結(jié)果如圖3 所示。從圖3 中可看出，采面在與空巷間隔25 m 時礦壓顯現(xiàn)明顯，上端頭及采面中部礦壓較大、下端頭礦壓顯現(xiàn)不明顯；在采面與空巷間隔5 m時采面部分液壓支架及空巷內(nèi)布置單體支柱出現(xiàn)一定下沉問題，下沉量整體較小。

圖3 過空巷期間支架工作阻力監(jiān)測情況

2）在3506 工作面采用單體+木垛、錨桿索等組合方式對空巷圍巖進行補強，可降低采面回采動壓對空巷的影響，確保采面回采安全。采面耗時8 d 通過空巷影響區(qū)，期間未出現(xiàn)頂板錨索或者煤壁片幫等問題，采面及空巷頂板始終保持穩(wěn)定，現(xiàn)場采取的過空巷技術(shù)措施及頂板管理措施取得較好的應(yīng)用成果。

5 結(jié)論

1）3506 工作面回采期間，采面回采范圍內(nèi)的空巷是影響采面回采安全的主要因素，在以往研究成果基礎(chǔ)上并結(jié)合采面與空巷位置關(guān)系，提出采用單體+木垛+錨桿索補強方式對空巷圍巖進行加固，并制定采面過空巷期間管理措施。

2）現(xiàn)場應(yīng)用后，3506 工作面耗時8 d 通過空巷影響區(qū)，期間未出現(xiàn)冒頂、片幫等問題，采面礦壓顯現(xiàn)正常，現(xiàn)場應(yīng)用取得較好效果。