房柱式采空区下部综采工作面过空巷支护研究

柳昭星，曹祖宝，罗利卜

（1.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710000；2.神东天隆集团有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017209）

房柱式采空区下部综采工作面过空巷支护研究

柳昭星*1，曹祖宝1，罗利卜2

（1.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710000；2.神东天隆集团有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017209）

在房柱式工作面下部煤层采用综合机械化长壁式开采时，存在工作面顶板支承压力较大、顶板冒落规律复杂等问题，当采用缩短工作面和露天回收遗留煤柱时，长壁工作面存在过空巷的问题。结合昊达煤矿实际情况，对长壁综采工作面的支护问题进行了研究，并采用现场监测工作面液压支架工作阻力和空巷顶板下沉量来衡量空巷支护质量，确保了工作面顺利安全地通过了空巷。

房柱式采空区；空巷；支护；现场监测

在20世纪，由于开采技术的原因，煤层较多地采用了房柱式进行回采，即只回采煤房，而遗留煤柱对采空区进行顶板支护。这种方法的优点是顶板安全稳定，不易出现冒顶和片帮事故，且不易引起顶板下沉，在“三下”采煤得到较广泛应用［1-2］；但其缺点是回采效率低，煤炭资源浪费严重，不利于采用综合机械化大面积回采，遗留的采空区易造成煤炭自燃事故，对其下部煤层回采和巷道掘进带来复杂的底板支承压力和顶板垮落问题等。

在我国神东矿区，煤层埋藏浅，地质条件简单，在进行大规模开采之前大多采用房柱式或刀柱式开采，造成了大量房柱式采空区，在采用走向（或倾向）长壁工作面综合机械化回采下层煤时，往往需要采取其他安全措施［3-4］，如缩短工作面、露天回收遗留煤柱等。伊金霍洛旗昊达煤炭有限责任公司（简称昊达矿）正是采用了上述缩短工作面的方法进行下层煤的回采。即通过将宽工作面均分成2个窄工作面，中间留有保护煤柱，以降低上部采空区的横跨范围，待通过上部采空区后再合并成宽工作面回采的方法。而由窄工作面向宽工作面合并后工作面向前回采时工作面前方处于超前支撑压力影响范围内的空巷由于工作面的合并，保护煤柱的回采而产生应力集中问题。因此，本文着重对该问题进行了研究和讨论，总结得出了该种情况的应力变化规律及相应的支护方法。

1　工程概况

1.1地质概况

昊达矿可采煤层为3-2号和4-2号煤层。3-2号煤层平均厚度3.81m，为已采煤层，开采方式为房柱式开采。煤层顶板岩性为细砂岩、粉砂岩。煤层开采区域内上覆地层平均厚度为41.90m，基岩平均厚度为20.40m。4-2号煤层距上部3-2号煤层平均为41.49m。煤层顶板岩性为粉砂岩、砂岩，底板以砂岩、细砂岩为主，煤层产状与地层一致，煤层综合柱状图如图1所示。该区域地质构造简单，煤层倾角为1°～3°，4206、4207工作面顺槽巷道掘进过程中，未发现断层、褶皱等地质构造。

1.24206综采工作面回采概况

4206综采工作面位于矿井一水平的主水平位置，地面标高为1269～1320m，井下标高为1196.02～1205.7m，工作面推进长度为1485m，工作面沿倾斜方向长度为240m，面积约为356400m2。该工作面处于主回撤通道距进矿公路408～469m。4206工作面上覆有部分排土场，回采至377m处进入排土场，回采至1222m处出排土场。井下位置及相邻关系为主回撤通道与4205辅运顺槽交叉处距东主运大巷236m，与4206主运顺槽交叉处距主运大巷444m。

4206工作面处于3-2煤炮采采空区与露采排土场范围下，而在此范围存在顶板大面积垮落对综采工作面造成冲击的危险性，因此采取留设煤柱，缩小工作面长度方法缩小上部采空区横跨范围，从而降低顶板大面积垮落的危险性。将4206工作面从切眼开始沿工作面倾向方向均分为2个窄工作面，分别为4206（1）工作面和4206（2）工作面2个工作面，然后在距离切眼431m处合面回采，当4206（1）工作面回采到距切眼474m时进入排土场，4206（2）工作面回采到距切眼245m时进入排土场，当4206（1）工作面与4206（2）工作面合面后回采到距切眼1210m时出排土场。如图2所示。在3-2煤层房柱式采空区下部，将现有宽度为240m的工作面沿煤层倾向方向均分为2个宽度为105m的窄工作面，在2个工作面之间留设20m的安全煤柱。采用短工作面推过采空区压覆区后，再合并为一个宽度为240m的工作面进行回采。

图1　煤层综合柱状图

图2　工作面开采系统调整示意图

2　工作面过空巷支护

4206工作面开采顺序为先开采4206（1）工作面，当该工作面回采至合并开采位置后停止开采，接续开采4206（2）工作面。当4206（2）工作面推进到4206（1）工作面停采线位置时，2个工作面合并为一个工作面进行回采（并相应增加工作面液压支架）。当4206（1）综采面和4206（2）综采面合并后，为了保证合并后工作面前方处于支承压力影响区的原窄工作面向前掘进的空巷处于稳定状态、顶板不冒落，使工作面液压支架能够实现“带压”移动，须采取以下支护措施：

（1）工作面运输、回风顺槽巷超前支护采用DW31.5型单体液压支柱配合HDL-2800型π型钢梁“一梁两柱”进行支护，支柱排距1.0m，间距1.6m。

（2）当过小平行巷时，提前20m用木柱支护，支护范围2m一根，3排27根，木柱选用高3m，粗30cm的松木，然后根据现场情况用木楔、木托板进行调节支护。

（3）在过斜联巷时，提前20m进行用木柱支护，支护范围2m一根，单排支护，木柱选用高3m，粗30cm的松木，然后根据现场情况用木楔、木托板进行调节支护。

（4）在过4206转载巷时，提前20m进行用木柱支护，支护范围2m一根，单排支护，木柱选用高3m，粗30cm的松木，然后根据现场情况用木楔、木托板进行调节支护。

（5）超前支护时，对平行巷、斜联巷、转载巷的联巷交叉口进行加强支护，选用高3m，粗30cm的松木，然后根据现场情况用木楔、木托板进行调节支护。这些重点加强区域同时可以适当增加锚杆和锚索支护以增加顶板和两帮的稳定性。锚杆支护规格为Ø16mm× 1800mm，支护间排距为1.0m×1.0m；锚索全部采用规格为Ø15.24mm×6500mm锚索+钢网加强支护，间排距2.0m×3.0m。支护形式如图3所示（锚杆、锚索补强支护未画出）。

（6）合并后的4206工作面在靠近原来4206（2）侧的工作面需要经历一次过4206装载巷的过程，除了上述基本的木柱支护外，下端头位置空顶面积大，应重点加强支护。该矿采用1架ZYG7600/16/33型过渡液压支架和3架ZYT7600/16/33型端头液压支架支护进行端头支护。

图3　空巷支护（图2 A区放大图）

3　4206综采工作面过空巷期间的矿压观测及分析

为了掌控工作面过空巷时的支承压力分布情况［5-6］，2个工作面合并后对工作面液压支架工作阻力进行随时监测，并同时监测各空巷的顶板下沉量。工作面支架从下端头处开始依次往上端头开始编号，工作面安装ZYT7600/16/33型掩护式液压支架共141架（包括上下端头各3架），对顶板实行全支护垮落法控制，最小控顶距为4296mm，最大控顶距为5096mm。分别在11#、25#、38#、51#、62#、73#、85#、98#、111#、126#液压支架布置工作阻力检测仪。支架工作阻力从合面后开始随工作面的推进距离关系如图4所示（所有监测点的平均值）。空巷顶板下沉量用普通钢尺测量即可，测出最初空巷顶底板距离，以后每班各测一次顶底板的距离即可知道顶板的下沉量，监测结果如图5所示。

图4　支架工作阻力监测结果图

图5　空巷顶板下沉量监测结果图

（1）从工作面液压支架工作面阻力监测可以看出，当工作面经历平行巷和斜联巷时［每条巷道各经过一次，见图2（a）］，工作面液压支架最大工作阻力和平均工作阻力变化不大；当工作面经过4206转载巷时，工作面液压支架工作阻力有所增加，这是因为超前支承压力的影响使得前方转载巷顶板提前出现了下沉，顶板结构不能形成结构，下沉的岩层直接作用在液压支架上，但仍未超过额定工作阻力，支架未出现压死现象。可采取快速推进经过该转载巷的措施。

（2）当工作面推进到平行巷和斜联巷时，工作面支架阻力未出现明显变化是由于上述数据采取监测点的平均化处理的原因，实际上，该处的液压支架工作阻力略有提高（但仍不及过转载巷时），应适当加快推进速度。

（3）从空巷顶板下沉量的监测可知，平行巷和斜斜联巷的顶板下沉量较小，最大下沉量分别为90mm、140mm，转载巷最大下沉量较大，为320mm，局部有冒顶区域，应增加木支护或单体液压支架支护。

4　结论

（1）昊达矿当长壁式综采工作面需要过空巷时，根据空巷的位置及规模，可采用单体液压支柱和木支柱等进行支护，局部交叉巷地区宜增加锚杆、锚索等支护方式；超前巷道可采用单体支柱加π型钢方式进行支护。

（2）通过现场监测表明，过空巷工作面液压支架最大工作阻力为40MPa，空巷顶板最大下沉量为350mm，可采用快速通过空巷的方式保证工作面的安全顺利通过。

［1］张华兴.对“三下”采煤技术未来的思考［J］.煤矿开采，2011 （1）：1-3.

［2］孙洁艳，李大屯.九龙矿“三下”采煤技术效益分析［J］.煤炭科学技术，2012（1）：109-111.

［3］段春生.综采工作面过空巷支护实践研究［J］.煤炭工程，2010（5）：37-39.

［4］刘畅，弓培林，王开，等.复采工作面过空巷顶板稳定性［J］.煤炭学报，2015（2）：314-322.

［5］李鑫，苏海，李宗涛，魏小东.煤柱回收工作面过空巷技术［J］.煤炭科学技术，2012（11）：45-49.

［6］白晓生.新柳煤矿大断面切巷过空巷技术研究［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（汉族），山东汶上人，助理工程师，现从事煤炭地质灾害治理与研究工作。