石圪台煤矿12402综采面过空巷技术及其应用

郭 帅

(神东煤炭集团石圪台煤矿，陕西 榆林 719000)

0 引言

石圪台煤矿12402综采工作面位于1-2煤四盘区。由于前期工程需要在工作面前方留有一条空巷，空巷周围岩体破碎，层间距较小，巷道失修严重。为保证工作面能安全顺利推过空巷，相关技术人员通过重新设计支护方式，调整开采工艺，制定安全措施，保证了矿井的安全高效开采[1-3]。

12402综采工作面开采煤层为1-2煤，位于石圪台井田1-2煤四盘区，工作面长度338 m，推进长度481.5 m。煤层倾角为1°～3°，回采面积20.16万m2，煤层厚度为2.7～3.2 m，平均2.9 m，设计采高2.9 m，煤层埋深为60～65 m。基本顶为粉砂岩、风积沙、1-2上煤、细粒砂岩，平均厚度14.5 m；直接顶为粗粒砂岩、粉砂岩、中粒砂岩，平均厚度4.3 m；直接底为泥岩、粉砂岩、细粒砂岩，平均厚度4.6 m。

工作面前方存在一条空巷，空巷距离12402辅运顺槽正帮96.2 m，对应工作面支架136～140架，空巷长165 m，宽5.4 m，高3.0～3.5 m，平均3.2 m，该空巷位置上方为1-2上煤采空区，此处1-2煤与1-2上煤层间距3.6～4.8 m。

图1 工作面空巷位置示意图

1 空巷支护强度验算

工作面空巷位置如图1所示。工作面空巷宽5.4 m，高3.2 m，采用螺纹钢锚杆支护，锚杆直径为18 mm，长1 800 mm，间排距1 000 mm，经现场查看，空巷存在多处冒顶区，冒落高度0.2～0.3 m。为保证工作面安全开采，需对原巷道支护可靠性进行验算。

1.1 未受采动时的空巷支护强度验算

空巷至工作面一定距离时，不受采动影响。此时空巷单位面积承受压力为P1，空巷顶板锚杆支护系统为一个断面6根顶锚杆，实测一根锚固力均值为90 kN，一个断面锚固力为P2。其中，

P1=S1×H1×γ1

式中：S1—单位面积岩块暴露面积，S1=5.4×1=5.4 m2；H1—危险岩块高度，为两煤层之间最大层间距，取4.8 m；γ1—上覆岩层平均容重，γ1=20.4 kN/m3。

P1=5.4×4.8×20.4=528.8 kN

P2=90×6=540 kN

P1

1.2 受采动影响时的空巷支护强度验算

工作面推进至空巷一定距离时，受采动影响，此时空巷单位面积承受压力为P3。按照估算法，P3相当于4～8倍采高岩石所承受的重量。由于工作面上覆为1-2上煤采空区，基本顶在1-2上煤回采过程中已经破坏，因此工作面矿压显现并不明显，根据现场矿压观测结果，工作面顶板最大为4倍采高。此时P3为

P3=S1×h×4×γ1

式中：h—工作面采高。

P3=5.4×3.5×4×20.4=1 542.2

P2

因此，工作面推进至空巷一定距离时，必须加强支护。

1.3 空巷锚杆加强支护设计

经过技术人员现场分析，考虑到该巷道属于近距离煤层，决定对该空巷进行补强支护，采用“锚杆+锚索+W钢带”，锚索采用直接17.8 mm，长为3.5 m、4.0 m、4.5 m、5.0 m，其长度根据揭露的煤层层间距并保证锚固段在稳定岩层中。间排距为2 000 mm的7股钢绞线锚索，每排布置3根，每根锚杆配备1卷CK3540树脂锚固剂，要求预紧力≥100 kN，锚固力≥200 N·m；最大破断载荷为454 kN，安全系数k2取1.1，顶部铺设8号铁丝菱形网。锚索下方采用W钢带补强。

两帮采用直径为16 mm，长1 600 mm，间排距为1 000 mm的高强度玻璃钢锚杆，靠顶板锚杆距顶300 mm，每排3根，每根锚杆配备一卷CK3540树脂锚固剂。

补强支护后，锚索锚固在基本顶内。顶板空巷单位面积承受压力为P4

P4=90×6+3×454×1.1=2 038.2 kN

P4>P3，即受采动影响时，空巷锚杆加强支护设计的支护强度能满足安全要求。

1.4 架棚加强支护设计

考虑工作面上覆1-2上煤回采过程中已经对空巷上覆顶板进行了扰动破坏，当12402工作面推进至空巷一定距离时，在工作面超前应力的影响下，直接顶会加速破坏，为避免直接顶产生局部冒顶，保证过空巷时顶板的完整性，决定在空巷内架设工字钢棚。

采用5.4 m棚梁11号工字钢进行架棚支护，两端用单体进行支护，现场支护如图2所示。

图2 空巷现场支护图

2 过空巷施工方法及安全措施

2.1 过空巷施工方法

过空巷具体施工方法主要由作业前安全确认、回撤空巷内单体柱、瓦斯检查、采煤机割煤、移液压支架、采煤机割煤、推刮板输送机等工艺组成[4]。

作业前安全确认：主要包括各工种作业前的气体情况检查，要求作业地点氧气浓度达18%以上，一氧化碳浓度在24 ppm以下，瓦斯浓度在0.8%及以下，方可作业；作业周围环境检查，要求严格执行敲帮问顶，由顶到帮、由近及远、从上往下处理活矸、危岩；采煤机司机、液压支架工等操作设备设施检查。

一梁两柱棚子支护：每班由跟班队长，对空巷内采用单体液压支柱和3.3 m工字钢进行一梁两柱棚子支护。

割煤：工作面推进至空巷前，调整采煤机前滚筒割顶煤，刮板输送机平直，采用超前拉架方式及时支护暴露顶板，拉架后及时打开护帮板，随后割煤、推溜、清理浮煤。

2.2 过空巷安全措施[5]

过空巷时，巷内支设单体柱初撑力达90 kN以上，所有单体必须穿鞋、带帽，连接可靠。每班由专人对空巷内支护进行维护，对正、副巷和空巷距煤壁20 m范围内的超前支护进行加固补液。

工作面与空巷首次贯通时，工作面空巷下风侧不得有人员作业。

过空巷期间，必须确保支架顶梁无浮煤、浮矸，溜子平直，支架接顶严实，初撑力大于252 bar。

空巷内回柱时，必须停止工作面工作，并闭锁开关。回柱期间严禁人员操作作业地点前后9 m(5架)内的支架。

通过采用过空巷施工方法及安全措施，12402工作面过空巷期间未发生空巷内大面积冒顶，保证了矿井的采掘衔接平衡和安全高效开采。

3 结论

(1)通过空巷支护强度验算，石圪台煤矿12402工作面空巷在未受采动影响段不需进行加强支护；受采动影响段，需要对空巷进行锚索及架棚支护。

(2)通过空巷加强支护，采用过空巷施工方法及安全措施，12402工作面过空巷期间未发生空巷内大面积冒顶，保证了矿井的采掘衔接平衡和安全高效开采。