厚煤层综放工作面过空巷开采技术实践

闫俊杰

(山西煤炭进出口集团公司，山西太原 030000)

空巷是小煤矿无序开采或由于综采工作面设计方案改变在回采工作面中部留下的巷道。综采工作面过空巷一直是煤矿开采的一个难题，在综采工作面回采过程中，由于受采动和超前支承压力的影响，空巷内的顶板容易下沉，当综采工作面与空巷贯通期间，容易发生大面积的冒顶，压垮支架影响安全生产［1］。大同矿区韩家洼煤矿在开采22#煤层时，由于原始开采设计方案不合理，进行重新规划设计后，导致22101综放工作面中含有废弃的回风平巷与开切眼，当22101综放工作面推进到距南轨道巷98m处时，将先后遇到原综采工作面回风平巷与开切眼。为保证综放工作面安全开采和最大限度的回收煤炭资源，需要开展综放工作面过空巷安全开采技术和安全保障措施研究。

1 工作面概况

韩家洼煤矿22101综放工作面布置在矿井东南侧，南部为井田边界、西邻一采区南轨道大巷，北部为22102工作面，东部为实体煤。煤层平均厚度11.78 m，回采巷道沿煤层底板掘进，工作面采用单一走向长壁后退式低位放顶煤开采方法，采煤高度为3 m，放顶高度8.78 m。空巷与22101综放工作面布置如图1所示。

图1 22101综放面布置示意图

2 空巷对回采的影响［2，3］

2.1 空巷位置对回采的影响

两条空巷都是沿煤层中部布置，原回风平巷与综放工作面推进方向平行，巷道平均宽度3.5 m，工作面通过时影响长度120 m;开切眼与工作面推进方向一致，巷道平均宽度4.5 m，影响长度约61 m。按照采高3 m计算，综放工作面过空巷时，上面留有0.3 m顶煤。巷道位置示意图如图2所示。

随着综放工作面的开采，工作面前方形成支承压力升高区，矿压显现明显，根据现场观测，超前支承压力显现范围为15～20 m。

由于原回风平巷与综放工作面推进方向平行，空巷与工作面揭露面积最大，矿压显现最剧烈。随着综放工作面推进，空巷受矿压影响剧烈，破坏程度加深，导致综放工作面支架上方顶板失稳，支架工作阻力增大，煤体破碎，极易引起综放工作面煤壁片帮和顶板冒落事故，因此要对空巷加强支护。

图2 巷道位置示意图

2.2 空巷断面对回采的影响

空巷增大了综放工作面局部控顶面积，使空巷段煤壁在超前采动影响下，强度降低，对空巷内支护和煤壁管理困难。尤其是随着空巷宽度的增加，巷道被揭露长度越大，空顶面积就越大，矿压显现越强烈，围岩、煤体及支架破坏程度越深，造成顶板冒落，煤壁片帮，支架折损现象增多，对生产管理极为不利，因此要对空巷加强支护。

3 过空巷施工方案及安全技术措施

3.1 施工方案选择

工作面过空巷是煤矿开采中经常遇到的问题，可以采取的方法包括［4］:(1)用密集支柱或木垛加强对空巷顶板的支护;(2)用锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮;(3)以空巷为开切眼重新布置工作面。第(3)种方法主要用于炮采或普采等较易搬家的工作面，综采或综放工作面一般采用前2种方法。

由于密集支柱或木垛承载能力低，难以抵抗工作面超前支承压力的作用，空巷在超前支承压力的作用下出现冒顶和两帮大范围的片帮，最终巷道被垮落的顶板岩石填满，给工作面过空巷造成很大困难。当工作面渐近空巷时，空巷和工作面之间的煤柱已处于破碎或塑性状态，基本无承载能力，基本顶在空巷上方产生断裂，使工作面顶板下沉量增加，支架工作阻力急剧升高、煤壁片帮，发生压死或压坏支架等事故，造成重大经济损失，威胁安全生产。

若采用锚杆和锚索加固空巷，对维护空巷顶板和两帮的完整性有一定的作用，空巷顶板一般不会大面积垮落，但由于空巷围岩已处于塑性或破裂状态，加固后的围岩仍难以承受超前支承压力的作用，不能有效控制基本顶的提前下沉或断裂。

综上所述，综放工作面在回采过程中，结合(1)、(2)两种方法的优点，对空巷采用锚索梁上架设木垛支护方式超前加强支护，在空巷中形成人工假顶，控制空巷围岩的变形和移动，保证煤体完整、稳定，确保工作面安全回采。

3.2 施工方案设计

锚索梁上架设木垛支护方式是在巷道顶板打锚索，在巷道底板打锚杆，锚索与锚杆通过连接件(自制)拉紧以固定木垛(如图3)。原回风平巷内支一排木垛，原开切眼内支两排木垛，木垛间距均为3 m。每架木垛下铺一根钢梁。钢梁垂直巷道布置，采用11#矿用工字钢，原回风平巷工字钢梁长度3.5 m，原切眼内工字钢梁长度4.5 m，钢梁之间的间距3 m。工字钢梁上打φ20 mm的孔，每根梁上打两个孔，锚杆穿过小孔，通过连接件与锚索连接，用张拉千斤拉紧。梁上放置直径不小于φ18 mm的圆木，圆木长4 m，圆木之间的间距800 mm～1000 mm，圆木之间必须相互搭接。圆木上铺设一层金属网(6号铅丝)，金属网上打“#”字型木垛，木料采用20 cm×20 cm的方木，长度2 m。木垛必须与巷道东帮接实。在超出22101工作面运输平巷与原回风平巷交叉口20 m范围内必须用木垛超前支护。(如图4和图5)

图3 锚杆与锚索连接件示意图

3.3 安全技术措施

除一般常规性的要求之外，针对该项目有如下几点专项技术措施［5，6］:

1)在过回风平巷前，为减缓压力，减小与巷道相交段的空顶面积，必须慢慢将工作面调斜，降低回采高度，将采高降到2～2.5 m左右，接近空巷15～20 m之间，不要放顶煤。过空巷时采用迈步式移架方式。在进入实体煤后将截深改为300～500 mm浅截深。

2)在过空巷期间，工作面推采时采用控制采高和超前带压擦顶移架，以保证有效维护顶板。过空巷期间，严禁有人在空巷内行走或逗留，防止意外事故的发生。

3)对于煤层内空巷，采用架设木垛的方式控制煤体变化，在空巷内支木垛时，木垛支设必须见底，并用木楔打紧背牢，严格执行“敲帮问顶”制度，密切观察顶板及煤壁变化情况。

图4 原回风平巷锚索梁上架设木垛支护布示意图

图5 原开切眼锚索梁上架设木垛支护布示意图

4 实施效果及结论

根据实际生产地质情况，采用锚索梁上架设木垛支护方式，合理选择支护参数，保证了工作面过空巷期间顶板安全问题，在一次性揭露大范围顶板的情况下，没有发生冒顶事故，有效的解决了韩家洼煤矿22101工作面过空巷安全开采技术问题，保障了矿井生产安全，为以后类似条件下安全开采问题提供了借鉴。

［1］ 周海丰.大采高工作面过大断面空巷切顶机理及控制技术［J］. 煤炭科学技术，2014，42(2):120 －123.

［2］ 唐佐胜，张秉钊.缓倾斜厚煤层综放工作面跨空巷开采技术与实践［J］.煤炭科学技术，2014，42(9):104 －107.

［3］ 鲁开玉，于飞.综采工作面跨老巷开采技术研究［J］.山东煤炭科技，2012，(6):110 －111.

［4］ 邵嗣华，赵总彦.复杂地质条件下综采放顶煤工作面回采过空巷技术［J］.煤炭工程，2009，(8):43－45.

［5］ 马昌阁.轻型支架放顶煤工作面过老巷技术［J］.煤炭科学技术，2014，34(10):28 －30.

［6］ 苏德华，金声尧，查文华.工作面过老巷安全回采保障技术措施［J］.煤炭技术，2014，33(4):160－163.