晋北煤矿5-103综采面过下层空巷支护技术

章永成

(霍州煤电集团 晋北煤业有限公司，山西 静乐 035100)

空巷是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。空巷通常因存在时间较长，会发生积水、瓦斯积聚、顶板网兜、两帮片帮、底板浮煤等现象。开采时，受采动影响，空巷易发生顶板下沉、煤帮片帮等，给工作面带来极不利的影响[1-2]. 当前，煤矿工作面过空巷支护方式多采用“井”字形木垛支护、锚杆锚索联合支护和高水充填支护[3]. 但在实际应用中大多采用单一支护方式对过空巷区域进行支护，结合晋北煤矿5-103工作面过空巷实际工程情况，制定“整体充填”和“支护+部分充填”两种过空巷技术方案，并对其优劣进行分析研究，为提高工作面过空巷技术提供研究基础[4].

1 5-103工作面及空巷原支护概况

1.1 5-103工作面概况

晋北煤矿5-103工作面倾向长度660 m，走向长度180 m，地质储量75万t，采用倾向长壁一次性采全高的采煤方法，采空区采用全部垮落法。工作面运输、运料两巷均沿煤层倾向布置，切巷沿煤层走向布置。支护方式：工作面选用ZY11000/24.5/50型两柱支撑掩护式液压支架支护顶板，支架中心距为1 750 mm，端面距为340 mm，两巷端头及超前采用单体柱支护。

5-103回采工作面在推进至310 m时将通过与其立交集中轨道巷(5-103工作面位于上方)，5-103回采工作面空巷的布置见图1. 集中轨道巷与5-1031巷立交处层间距为13 m(顶板岩性为10.9 m泥岩、2.1 m煤)，与5-1032立交处层间距为4 m(顶板岩性为4 m煤)，立交区域为80 m,11#工字钢架棚巷道，100 m锚网梁巷道。

图1 5-103回采工作面过空巷布置情况图

1.2 空巷原支护概况

5-103工作面与集中轨道立交区域为180 m，其中集中轨道巷架棚巷道80 m，锚杆巷道100 m.

1) 锚网梁支护形式。

巷道为矩形断面,毛宽4 500 mm×高2 600 mm，净宽4 300 mm×高2 500 mm，毛断面11.7 m2，净断面10.75 m2. 巷道顶锚杆间排距840 mm×1 000 mm；帮锚杆间排距900 mm×1 000 mm，最上一根帮锚杆距顶200 mm，底角锚杆距底板600 mm. 锚索排距3 000 mm，锚索布置在两排锚杆中间，锚索间距1 600 mm，对称布置于巷道中心线两侧。紧贴顶帮铺设一层菱形网，网与网间用联网丝(16#铅丝制作)联接，每隔120 mm联一道，搭接长度为100 mm.

2) 架棚支护形式。

巷道采用11#矿工钢梯形棚进行支护，净尺寸：上宽3.2 m，下宽4.6 m，高3.0 m，净断面积11.7 m2；毛尺寸：上宽3.65 m，下宽4.925 m，高3.2 m，毛断面积13.72 m2. 巷道采用板梁配合构木“六·八”盘帮勾顶，顶部6根板梁(1/2d180 mm×1 200 mm)间距550 mm，最边两根分别距两端棚梁与腿连接处各225 mm，两帮各4根构木(60 mm×50 mm×1 200 mm)间距900 mm，第一根构木距梁与腿连接处为300 mm，棚距为1 m. 紧贴顶帮铺设一层菱形网，网与网间用联网丝(16#铅丝制作)联接，每隔120 mm联一道，搭接长度为100 mm.

3) 主要积水及破坏概况。

巷道顶板含水层为太原组顶部薄层灰岩、砂岩裂隙含水层，该含水层为5上#煤的顶板主要含水层；在深部岩溶不发育，富水性弱，浅部受风化影响，裂隙及岩溶较发育，富水性相对较好。根据原工作面掘进及矿井现有小窑采空区资料，掘进期间已经进行超前探测，不存在积水影响。

2 空巷支护方案设计

设计范围为集中轨道巷与5-103切巷立交处往两头10 m共200 m，90 m架棚巷道(斜坡段)为A区段，110 m锚网梁巷道(平巷段)为B区段。5-103工作面跨采集中轨道巷位置关系剖面图见图2.

图2 5-103工作面跨采集中轨道巷位置关系剖面图

2.1 方案一

AB两区段均采用矸石配合高水材料进行整体充填[5]，具体方案如下：

A区段充填方案：采用袋装矸石配合高水材料对巷道进行充填。提前在无极绳机尾处备用35 t高水材料和1 000 m3矸石。首先对该区段巷道两帮采用袋装矸石进行充填(不占轨道运输空间)，巷道两帮充填完成后，在坡底施工一道1 m厚的混凝土墙进行充分接顶封闭，并接通风机进行局部通风，然后将巷道中部进行充填，距顶剩余15 cm时采用高水材料填缝接顶，接顶完成后施工一道混凝土墙接顶封闭。

B区段充填方案：采用袋装矸石充填，高水材料填缝接顶，每20 m为一个循环，每个循环采用木板隔段，共施工6个循环。首先接通风机至闭墙处进行局部通风，从无极绳机头进料，采用袋装矸石充填，最后采用高水材料进行填缝接顶,接顶完成后施工1 m厚混凝土墙进行充分接顶封闭。

2.2 方案二

A区段采用矸石配合高水材料进行充填，B区段采用木垛配合帮锚索进行支护[6]，具体方案如下：

A区段充填方案：同方案一。

B区段支护方案：采用木垛配合帮锚索进行支设，木垛采用200 mm×200 mm×1 200 mm道木(每层布置6根道木)，间排距为0.8 m×1.5 m，采用木楔进行接顶，每排施工两个木垛，共施工78个木垛，每个木垛需道木90块，共需道木7 020块。两帮采用d17.8 mm钢绞线，长度为4.3 m锚索配合槽钢(长2.5 m，2孔，孔间距2 000 mm)及垫片(d130 mm×8 mm×20.5 mm金属碟形)进行支护，每帮施工两排，两排锚索交错布置，间排距为2 000 mm×1 000 mm，第一排距顶500 mm.

3 方案对比

3.1 方案对比与选择

1) 成本对比。

方案一:需高水材料100 t,矸石2 400 m3，共计费用244 720元；延米单价1 231.01元/m.

方案二:需高水材料35 t，矸石1 000 m3，道木7 020块，2.5 m槽钢158根，4.3 m锚索316根，碟片316个，锁具316个，共计914 068元；延米单价5 521.47元/m.

2) 工期对比。

方案一：按照进料效率计算，A区段充填90 m需20天，B区段充填110 m需25天，施工时间共45天。

方案二：A区段充填工期需20天，B区段支设木垛13天，施工锚索19 天，共计52天。

3) 综合比较。

方案二中材料运输量较方案一少，部分支护材料可根据过完空巷口巷道压力情况进行回收，能够节约部分费用，但是木垛只能够对巷道顶板进行支护，不能对巷道两巷进行有效支护，巷道两帮需施工帮锚加强支护，增加了施工成本及施工时间。方案一能够充分接触顶板与两帮，更好地控制顶帮和采空区来压，保证顶板完整性。综合考虑，选择方案一。

3.2 过空巷措施

1) 过空巷前调整来压步距：根据工作面顶帮来压情况调整推进度来调整来压步距，在过空巷期间避开周期来压。

2) 调斜开采：推进距空巷30 m时工作面提前进行调斜，正巷超前副巷15～20 m，调斜角度为5°～6°，由正巷开始过空巷，割煤25刀(预计3天)，过空巷完成。

3) 初撑力管理：工作面支架要调整好平衡油缸，保证支架顶梁与顶板接实，在过空巷时支架初撑力不得低于10 MPa，过空巷后初撑力不得低于24 MPa.

4) 工作面距空巷5 m时调整采高，将采高控制在3.5～4 m，过空巷期间采用3个小班连续生产、中班不检修等方式快速推进。

5) 加强液压系统管理，确保工作面供液正常，杜绝工作面出现液管漏液、阀组窜液等现象。

6) 确保顶板监测系统完好，每班对支架初撑力情况进行统计，及时了解工作面顶板周期来压变化情况，以便及时采取相关支护措施。

7) 加强两巷超前支护、端头支护、封口柱支设管理，确保单体柱初撑力达标。

8) 严格执行巷道巡回检查制度，每班由带班队干对工作区域内巷道顶帮压力检查不少于两回，对检查出的顶帮压力变化问题及时汇报，采取应对措施。

9) 工作面过空巷期间，确保工作面备用支护材料到位。

4 结 语

晋北煤矿5-103回采工作面2018年11月18日—2018年11月21日过空巷其间，未发生工作面下沉现象，顺利通过下层空巷。实践证明高水材料配合煤矸石进行空巷充填具有充分接顶、控制空巷围岩的变形和移动、保证煤体完整、稳定作用。为今后采用充填法过空巷提供重要参考，采用煤矸石配合高水材料降低材料成本投入，实现安全高效生产。