2303综放工作面过空巷技术探讨

刘 洋

（长治三元中能煤业有限公司，山西 长治 046600）

由于矿井开采设计变更或受小煤窑无序开采影响，矿井在生产过程中会遇到空巷情况[1]。回采工作面过空巷会导致采面推进缓慢、顶板来压显著，会给采面生产安全带来不利影响[2-4]。文中以三元中能煤矿二采区2303综放工作面过空巷为工程背景，针对采面实际情况提出针对性过空巷技术，实现了采面安全、快速过空巷，取得显著应用效果。

1 工程概况

中能煤业有限公司二采区2303开采的3号煤层平均厚5.25 m，倾角7°，采用综放开采工艺，采放比为1：0.81。3号煤层煤层结构较为简单，中间有1～2层厚0.15～0.40 m泥岩或炭质泥岩夹矸。采面可采长度1 541.5 m、斜长274.9 m，工业储量4.4 Mt。煤层顶板以砂岩、砂质泥岩为主，底板以泥岩、砂质泥岩为主。由于受到开采设计变更影响，2303综放工作回采过程中会遇到空巷，该空巷沿3号煤层底板掘进，长、宽、高分别为32.5 m、7 m及3.5 m，采用锚网索支护。具体采面与空巷位置关系见图1。

图1 采面与空巷位置关系

2 采面过空巷顶板矿压显现分析

2.1 覆岩断裂分析

随着2303综放工作推进与空巷间距离不断缩短，在采面开采引起的超前采动支承压力影响下，采面与空巷间小煤柱容易变形、破碎，继而增加覆岩基本顶在空巷上断裂可能，造成顶板突然来压，给采面过空巷带来不利影响[5-6]。因此，避开采面过空巷期间顶板来压，同时给空巷顶板足够支撑强度，是确保采面安全、快速通过空巷的重要措施。

2.2 采面周期来压

根据采面上部 （靠近回风巷）105～112号液压支架、中部48～55号液压支架、下部（靠近主运巷）4～11号液压支架工作阻力监测情况，获取到的5次周期来压统计情况见表1。

表1 采面周期来压统计

采面空巷主要集中在下部位置，即为靠近主运巷侧，周期来压步距介于11.4～17.3 m，平均13.96 m。当采面与空巷相距30 m时，理论上会有2～3次周期来压，为避免采面揭露空巷时出现周期来压，当采面与空巷相距4 m时，即采取让压、等压措施，采面来压后即采取提升采面推进速度避免周期来压对采面过空巷造成不利影响，确保采面顺利通过空巷。

2.3 综放支架下沉量监测

在采面与空巷相距30 m时即在采面综放支架（靠近主运巷编号1～22号支架）上每隔3架布置一个测点，共计布置7个测点，用以监测采面支架立柱行程变化情况。具体采面与空巷相距16 m、12 m、6 m、4 m时支架行程变化监测结果见图2。

图2 支架行程变化监测结果

从图中看出，采面与空巷相距从16 m推进至12 m时，液压支架立柱行程变化不明显，布置的测点中立柱行程变化量介于-5～22 cm，整体来说立柱行程变化量较小，表明采面顶板整体处于稳定状态；当采面与空巷间距从12 m缩短至6 m时，立柱行程变化量介于40～65 mm，立柱行程较采面与空巷相距12 m发生显著变化，表明顶板在此阶段活动频繁；当采面与空巷间距从6 m缩短至4 m时，立柱行程变化量介于26～5 cm，立柱行程变化量多为负值，表明立柱出现回缩，此时2303综放工作面覆岩基本顶出现周期性破断，在此阶段应重点关注支架下沉量，避免出现来压过大导致支架被压死。

3 采面过空巷技术措施

3.1 空巷加强支护

为了避免采面过空巷期间空巷顶板垮落，在采面与空巷相距30 m以上时即采用锚索、单体支柱以及工字钢对空巷进行加强支护。在空巷顶板上补打锚索（规格21.6 mm×6 300 mm），间排距均为2 000 mm，采用工字钢梁布设棚梁，在棚梁下方采用穿鞋单体（间距分别为600 mm、1 000 mm，排距均为1 000 mm）进行支护，单体通过软连接方式连接，具体空巷补强支护设计见图3。

图3 空巷补强支护设计

3.2 采面调斜

在采面过空巷期间应将采面调斜，从而减少采面一次揭露空巷面积，采面调斜角度越大，采面揭露空巷面积越小。为了确保采面两端头出口顶板稳定，避免刮板输送机窜头或窜尾，当采面推进至与空巷相距30 m位置时，开始采面调斜。采面选用的型号SGB420/30D刮板运输机调斜角度应控制在4°～6°间，若角度过大容易造成窜头或窜尾问题。具体采面调斜计算见图4。

图4 采面调斜计算

2303工作面斜长275 m，采用的刮板输送机长度为279 m，刮板输送机机尾、机头均超采面2 m。

设定机尾超前机头20 m，图4中AB段表示采面斜长275 m，AC段表示机尾超前机头距离，为20 m。计算得出BC段长度（采面调斜后长度）为275.73 m。BC长度小于刮板输送机长度，因此机尾超前机头20 m可以满足刮板输送机性能要求，此时采面调斜角为4.2°，在刮板输送机合理调斜角以内。在工作面与空巷相距30 m时，即开始调斜采面。

3.3 采面调整及围岩控制

由于空巷底板较采面底板高度高0.2～0.5 m。因此，当采面与空巷相距10 m间距时开始爬坡，确保采面过空巷时底板标高与空巷底板标高处于同一水平内。避免采面底板与空巷底板间出现台阶而影响采面正常生产。

采面过空巷期间液压支架应紧密接顶，支架初撑力处于设计范围内，同时泵站压力应在30 MPa以上。采面过空巷期间监测到综放支架最大工作阻力达到32 MPa。因此，采面过空巷期间应尽量快速推进，减少采面过空巷时间，从而避免长时间、大范围空顶造成漏顶事故。

4 效果分析及支护补强

在空巷内每隔5 m布置一个测点，共计6个测点（1～6号测点原始值分别为3.36 m、3.45 m、3.41 m、3.43 m、3.37 m、3.35 m），对采面距空巷不同距离时巷道顶底板高度变化情况进行监测，具体监测结果见图5。从图中看出，随着采面与空巷间距不断缩小，空巷内顶底板高度呈缩小趋势。当采面与空巷相距6 m之前，空巷顶底板高度变化很小，对空巷稳定基本不造成影响；当采面与空巷相距4 m时，由于受到顶板周期来压影响以及采面采动压力影响，空巷顶底板高度开始明显缩小；当采面与空巷相距2 m时，空巷顶板底板高度显著降低，同时部分支柱有压弯变形、支柱底陷入底板。因此，需要再次对空巷进行补强支护。

图5 空巷顶底板高度监测结果

当采面与空巷间距2 m时在空巷顶板稳定岩层区域施工锚索、并加密单体（将单体间距由1.0 m缩小至0.8 m）等方式进行加固，具体支护加固方式见图6。对空巷再次补强后，采面过空巷期间空巷顶底板高度始终位置在3.1 m左右，未再出现支柱弯曲、支柱底陷入底板等问题，同时由于采面与空巷相距4 m时出现顶板来压，在采面过空巷期间矿压显现一直较为稳定，采面耗时4天快速通过空巷。

图6 支护加固方式

5 结语

对2303综放工作面矿压显现情况进行观测，并根据采面实际生产情况提出具体过空巷技术，实现了采面安全、快速过空巷，取得主要成果为：

1）采面过空巷时应加强矿压观测，由于2303综放工作面内空巷宽为7 m，顶板到周期来压步距平距为13.96 m，因此可在采面与空巷相距4 m时采取等压、让压措施，避免在过空巷期间顶板出现周期来压。采面与空巷交汇前空巷顶底板变形量大时，可采用在顶板施工补强锚索、加密单体方式控制空巷变形。

2）当采面与空巷相距30 m时即采用锚索、钢梁以及工字钢对空巷进行补强支护。SGB420/30D刮板输送机最大调斜角在4°～6°采用理论计算方法得到当采面与空巷相距30 m时调斜可确保揭露空巷时机尾超前机头20 m，减少采面一次揭露空巷面积。

3）文中详细对采面过空巷时空巷补强支护措施进行阐述，并给出采面调斜计算方法，研究成果可为其他矿井采面过空巷提供一定参考。