王庄煤矿6212煤柱工作面过空巷围岩控制技术

王延年

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

王庄煤矿是潞安集团下属的一座特大型现代化高产高效矿井，年产量710万t，随着煤炭开采强度的不断加大，矿井资源逐渐枯竭，为了延长矿井寿命，提高矿产资源的开发利用程度，进一步提高煤炭资源回收率，煤柱回收成为矿井的一条重要路径。王庄煤矿由于长期采用长壁综采工艺，采区开采后没有进行煤柱的及时回收，井田内积存了相当数量的残留护巷煤柱，这些煤柱总体上赋存较稳定，煤层顶底板条件较好，煤层厚度较大，具有很高的开采价值。然而，煤柱附近都为采空区，导致其具有特殊的覆岩破坏特征及矿压显现规律，同时煤柱回采往往会遇到采区的空巷等特殊情况，导致煤柱回收面临很多困难。本文针对王庄煤矿62采区布置的6212煤柱工作面，对回采面临的过空巷围岩支护问题进行探讨。

1 6212煤柱综放工作面的特点

6212煤柱工作面地面位置位于62回风井南180 m，井下位置东北为6210与6209已采工作面，西北为实体煤，东南为6208在采工作面，西南接630/3胶带巷。开采的3号煤层赋存于二叠系山西组地层中下部，厚度稳定，均厚6.9 m，煤层底板标高622～634 m，煤层倾角1～4°。回采过程中会遇到很多空巷，见图1。从空巷所处层位来看，有的空巷与工作面两巷一样，沿3号煤层底板掘进，如62上山胶带巷、62上山胶带巷水仓、6209风巷；剩余的空巷基本上都是沿3号煤层顶板掘进，如630总回风巷、630总回配风巷、62上山轨道巷、740总回风巷、62火药库、630/2专回。从空巷与6212切眼的夹角来看，6209风巷垂直于6212切眼；630总回风巷、630总回配风巷、62上山轨道巷、62上山胶带巷、62上山胶带巷水仓与6212切眼的夹角为29°；剩余的空巷与6212切眼的夹角都在51～80°之间。另外，回采过程中还会遇到好几处这些空巷的交叉点。这些空巷的存在使得工作面推进到空巷时，由于空巷围岩的应力集中区与工作面超前支承压力叠加，加之空巷围岩破碎，且端面空顶面积明显增大，易造成工作面端面冒顶，同时也易使得工作面两巷围岩变形更加剧烈。

图1 6212工作面内空巷分布

2 过空巷围岩预加固措施

工作面通过空巷之前，必须提前对空巷进行预加固，提高空巷围岩的稳定性，以保证工作面过空巷期间采场围岩保持稳定，空巷预加固工作一般需在工作面超前支承压力和巷道围岩高应力区的叠加影响区外进行。根据已有相似模拟结果可知， 6212工作面前方应力增高区的范围约45 m，而巷道围岩的高应力区范围一般不超过2 m，因此，空巷的预加固应在工作面推进到距离空巷50 m以内前完成。考虑到6212工作面日进尺预计为4.8 m，而超高水材料充填体需要7 d才能达到最终强度的90%以上，如果某段空巷的预加固采用超高水材料注浆的方法，则必须在工作面推进到距离空巷85 m前完成注浆工作。

2.1 沿煤层底板掘进的空巷加固

回收空巷内原工字钢棚，采用全锚网支护，并在空巷内打设联锁木垛，规格为：垂直巷道为3 m大板，平行巷道为1.6 m道木，间距2 m，见图2。

图2 沿煤层底板空巷木垛支护示意

2.2 沿煤层顶板掘进的空巷加固

6212工作面煤层平均厚度为6.9 m，采放比为1 ∶1.3，割煤高度为3 m，放顶煤的高度为3.9 m，而空巷的净高一般在3～3.2 m，如果工作面割煤高度不变，那么工作面过沿煤层顶板掘进的空巷时，即使不放顶煤，割煤空间的顶板与空巷底板之间也只有0.7～0.9 m厚的煤层相隔。而由于原空巷服务期间对巷道底板的破坏加上本工作面超前支承压力的作用，这部分0.7～0.9 m厚的煤层一般已经受到了较严重的破坏，不能起到有效的隔离空巷的作用，而且容易发生冒顶。因此，对于沿煤层顶板掘进的空巷，应先对空巷的顶板和两帮进行锚网支护，再对底板注高水材料浆液做加固处理，然后间隔5 m搭设木垛进行加强支护，工作面推进到距空巷3 m时，应停止放煤，同时应适当减小工作面采高，直至工作面通过该空巷后方可恢复正常作业。

2.3 空巷交叉点加固

6212工作面回采过程中，会遇到多个空巷的交叉点。这些交叉点从相交巷道的层位来分，有两条沿煤层底板掘进巷道的交叉点，两条沿煤层顶板掘进巷道的交叉点和一条沿煤层底板掘进、另一条沿煤层顶板掘进的两条巷道的交叉点。从交叉点的形状来分，有“T”型和“×”型交叉点。一般来说，交叉点附近巷道断面大，围岩变形破坏更严重，工作面过空巷的难度更大。已有研究表明，“×”型交叉点比“T”型交叉点的断面大，围岩变形更严重，而且交叉点处两条巷道的夹角越小，围岩变形破坏程度越高。

1) 对于两条沿煤层底板掘进巷道的交叉点，可适当加大对巷道顶板和煤帮全锚网支护的密度，加大对顶板的锚索支护密度，并打设联锁木垛(垂直巷道为3 m大板，平行巷道为1.6 m道木)。

2) 对于两条沿煤层顶板掘进巷道的交叉点，可适当加大对巷道顶板和煤帮全锚网支护的密度，加大对顶板的锚索支护密度，并对底板注高水材料浆液做加固处理，然后底板先铺大板、铺金属网，再打设联锁木垛，交叉口两侧打设木垛锁口，工作面推进到距交叉口5 m时，应适当减少或停止放煤，同时应适当减小工作面采高，直至工作面通过该空巷后方可恢复正常作业。

3) 对于一条沿煤层底板掘进、另一条沿煤层顶板掘进的两条巷道的交叉点，可适当加大对巷道顶板和煤帮全锚网支护的密度，加大对顶板的锚索支护密度，并对沿煤层顶板掘进的空巷的底板注高水材料浆液做加固处理，然后底板先铺大板、铺金属网，再打设联锁木垛，底层在交叉口两侧打设木垛锁口。工作面推进到距交叉口5 m时，应适当减少或停止放煤，同时应适当减小工作面采高，直至工作面通过该空巷后方可恢复正常作业。

4) 如果是6212运巷或6212风巷与空巷的交叉点，应于交叉口10 m范围内在6212运巷或6212风巷内架设一梁四柱单体支柱工字钢棚，棚距0.6 m。

5) 在6212工作面回采初期会切割原6209风巷，该巷道沿3号煤层底板布置，与工作面方向垂直，与现6212风巷之间仅间隔约5 m的煤柱。6209风巷和6212风巷都在6212工作面切眼前方约53 m与62上山轨道巷斜交。由于两个交叉点距离很近，交叉点附近较大范围内的围岩处于应力叠加影响区内，特别容易发生变形和破坏，在所有交叉点中，6212工作面回采通过该处的交叉点难度最高。因此建议于交叉口10 m范围内在6212风巷内架设一梁四柱单体支柱工字钢棚，棚距0.6 m，而交叉口10 m范围内的空巷应先打密闭墙，然后用超高水材料注浆充填，见图3。

图3 6212风巷与原6209风巷、62上山轨道巷交叉口加固示意

3 过空巷安全技术措施

6212煤柱工作面回采过程中会频繁通过空巷，其中包括沿煤层顶板掘进的空巷、沿煤层底板掘进的空巷、同层空巷交叉点、立交空巷交叉点等，顶板管理、现场安全管理难度大，除了需要掌握过空巷方法外，还需采取如下安全技术措施。

1) 放煤控制。根据6212工作面顶板来压情况，结合工作面压力显现及煤墙松软垮落程度确定具体措施。工作面通过沿煤层底板掘进的空巷时，如果空巷没有冒顶，一般可以直接正常推进和放顶煤。工作面通过沿煤层顶板掘进的空巷时，应在工作面推进到距空巷5 m时，停止放煤，同时适当减小工作面采高，工作面快速推过空巷，防止支架压死(保证支架前柱500 mm伸缩量)，最大限度减小支架对空巷顶锚网支护的破坏。过冒顶区域时，因冒顶区域已经全部注浆充填，工作面可不放顶煤，待工作面通过该区域后再继续正常的循环作业。

2) 顶板管理。工作面推进过程中，必须严格控制好工作面推进速度，当工作面接近空巷时，煤壁逐渐变薄，易出现片帮、冒顶，此时应降低采煤机割煤速度，且割煤前须提前完成支架超前移架，并用坑木护顶，如果空巷处煤体垮落，必须用坑木将空巷空顶处填满，支护顶板。空巷暴露区段，支架必须超前移出，如果支架不能支护住坑木上的连锁木垛，必须先用护帮板护住。护顶坑木应尽量切顶并横穿工作面空巷的外帮煤墙(靠近采空区侧为内侧，反之为外侧)，割煤时防止割到坑木，防止物料甩出伤人。如果空巷顶板出现下沉，机组难以通过时，必须采取挑顶作业。工作面片帮严重时，必须在煤壁处打护帮柱，以防因片帮严重造成冒顶，片帮超过500 mm 时，须注浆加固。过空巷时支架间应铺设防护网，防止冒落矸石砸伤设备和操作人员。

3) 工作面过平行空巷内侧煤壁时，且空巷中存在锚杆段，采煤机须停机，同时闭锁工作面刮板输送机，人员进入煤壁取锚杆。当有金属物缠绕机组滚筒时，机组立即退后3 m，停机闭锁刮板输送机，机组摘刀，同时打护帮板护帮护顶，经敲帮问顶确认无危险后，进入刮板输送机内取锚杆。

4 结 语

6212煤柱工作面推进过程中遇到的空巷数量较多，并且空巷与工作面之间的关系较复杂，为了保证煤炭资源的安全回采，必须针对空巷与工作面间的位置关系提出相应的空巷预加固措施，并提出相应的过空巷安全技术措施。6212煤柱工作面设计切眼长度215 m，总推进长度281 m，煤炭回收率为91.5%(其中底煤98%，放顶煤85%)，共可以回收煤炭资源约38.2万t，可以极大提高王庄煤矿煤炭资源的回收率。在实际生产过程中，必须定期对工作面矿压进行监测，基于矿压监测结果，对过空巷控制技术及时进行优化调整，以保障工作面的安全高效回采。