2#煤層回采工作面過空巷安全開采技術

劉永成

(山西煤炭運銷集團巨開元煤業有限公司，山西 汾西 031500)

嘉陽煤礦是按照晉煤重組辦發〔2009〕51號文件精神確定的兼并重組礦井巨開元煤業有限公司的主體保留礦井，在巨開元煤業有限公司基本建設期間過渡生產。礦井2010年新核定生產產能30萬t/年，為低瓦斯礦井，2#煤層具有爆炸危險性。2－201回采工作面是嘉陽煤礦2009年晉煤重組工作前遺留的短壁炮采工作面，工作面空巷縱橫分布較多，2010年礦井生產技術升級改造后為長壁高檔普采面。

2－201高檔普采面開采工程中，需要解決:空巷多、礦壓大、難以支護問題;空巷造成通風系統復雜紊亂。在開采過程中，如果不能解決由空巷大面空頂引起的嚴重礦壓問題，回采面將可能出現大面積冒頂事故;如果不能妥善解決空巷通風問題，將可能造成瓦斯濃度升高、煤塵堆積，繼而引發瓦斯、煤塵惡性事故。因此，解決回采過程中空巷支護及通風問題，具有重大意義。

1 2－201回采工作面概況

1.1 工作面儲量

2－201回采工作面屬于走向長壁，可采走向長度310 m，工作面傾向布置長度為100～140 m，工作面平均采高1.85 m，可采儲量8.8萬 t。

1.2 煤巖層賦存及水文地質狀況

1.2.1 煤層賦存

2#煤層結構簡單、賦存穩定，平均傾角7°;硬度2.5 ～3，真密度 1.35 t/m3，煤種為 1/3 焦煤。

1.2.2 煤層頂底板

偽頂為黑色泥巖，約0～0.3 m，厚薄不一，硬度較低，性脆易冒落;直接頂為黑灰色泥巖，厚度2.4 m左右，巖層穩定致密，性脆、層理發育，回采后頂板能及時垮落;老頂為粉砂巖和泥巖互層，灰黑色，厚度8～9 m，初次來壓步距為20～30 m，周期來壓步距為10～20 m。根據頂板實際情況觀察，屬于Ⅲ類中等穩定頂板，來壓不明顯。直接底為灰黑色泥巖，夾2層煤線，厚度11.6 m，灰黑色，性脆塊狀結構，易斷裂，遇水易發生底鼓，隔水性好，屬較穩固巖石。基本底為灰白色細粒石英砂巖，層狀結構，水平層理清晰，厚度 7.5 m。

1.2.3 圍巖賦水狀況

K8砂巖為頂板主要含水層，該層含水層在生產區域內裂隙不發育，賦水性不強。正常涌水量10 m3/d，最大涌水量15 m3/d。

1.3 工作面及兩巷支護

1.3.1 工作面基本支護

工作面采用DZ－2200型單體液壓支柱配合2.6 m π梁成對布置，鋪設菱形金屬頂網支護，對梁交錯邁步棚式支護，全部垮落法管理頂板。支護參數:支柱初撐力≥11.5 MPa，工作面對梁五柱(超前梁下支設三柱，分別位于第一、二、三排道，間距0.6 m;滯后梁支設兩柱，分別位于第二、四排道，間距1.2 m)，四排道管理，支柱布置排距0.6 m，機道1.4 m;對棚棚距0.75 m，對梁間距 0.25 m，對梁錯距 0.6 m，移梁步距 1.2 m，端面距 0.2 m，最大控頂距 4.2 m。

1.3.2 端頭支護

工作面機頭、機尾均使用“五對十梁”支護，采用DZ－2500型單體液壓支柱配合3.6 m π型梁成對布置。支護參數:支柱一梁三柱，超前梁下柱第一排與第二排為1.2 m，第二排與第三排為0.6 m，超前梁下的第一根支柱緊貼(機頭、機尾)電機布置;滯后梁第一根支柱距電機90 cm布置。π型梁布置參數同工作面基本支護;π型梁必須將機頭、機尾覆蓋住。

1.3.3 超前支護

兩巷超前支護采用DZ－2500型配合2.8 m π梁順巷雙排支護。支護參數:同排π梁首尾間距0.2 m，一梁三柱，支柱支護間距1 m;超前支護梁柱成對支設，支護長度不小于20～30 m。

1.4 技術裝備

工作面采用MG170/410－WD采煤機落煤、SGB－630/220刮板運輸機運輸，順槽鋪設DGJ－800皮帶輸送機運輸。機組端頭斜切入刀，往返各一刀。

1.5 回采面通風狀況

回采工作面基本通風方式“U”型通風，采用皮帶順槽進風，回風巷(軌道巷)回風;基本配風量430 m3/min。

1.6 空巷分布狀況

工作面空巷共計19條，相互貫通聯系，所有空巷總長1 083 m。其中與工作面平行4條，總長251 m;斜交13條，總長585 m;垂直2條，總長247 m。空巷平均寬度2 m，沿煤層掘進施工;巷內頂板基本沒有支護，個別巷段采用木點柱支護;巷中積渣，局部巷段冒頂，對整個回采工作影響較大。

2 2#煤過空巷安全開采實用技術

2.1 頂板加強支護措施

1)采用錨網梁支護超前工作面30 m對逐條空巷加強支護。錨網支護參數:錨桿采用d20 mm×2 200 mm左旋無縱螺紋鋼錨桿支護，錨桿間排距1～1.5 m，初撐力≥180 N·m。頂板鋪設菱形金屬網，金屬網長邊搭接100 mm，長邊對接，每20 cm聯一道;托梁規格:2 000 mm×80 mm，垂直于空巷布置。

2)與工作面垂直或斜交的空巷，在錨網梁支護后，再使用2.2 m單體液壓支柱配合π梁二次支護。支護參數:2.6 m π梁順巷雙排成對支護，一梁二柱，柱距1.4 m，對梁距1 m，同排梁布置間距 0.2 m，單體液壓支柱初撐力≥11.5 MPa，π梁與頂板間必須采用木板梁、構木背實剎嚴。

3)與工作面平行的空巷，在錨網梁支護后，必須用木垛二次支護:木垛采用1.2 m道木盤打，沿空巷布置，間距5 m;木垛與頂板間必須接實，確保足夠初撐力。

2.2 安全開采技術措施

1)工作面在推進揭露空巷前10～15 m，必須提前對揭露空巷的工作面段局部調斜，調斜工作面段長度不小于20 m，使工作面與空巷成≥25°夾角，嚴禁大面積揭露空巷。

2)在揭露空巷的工作面段，上下各3～5 m范圍內，必須加強支護。采用3.6 m π梁代替工作面正常支護的2.6 m π梁，同時縮小正常支護棚距為0.6 m，并把支護控制在三排道管理;該區段內支護的第一排支柱隔柱穿鐵鞋，使初撐力足夠，支柱迎山有力，防倒連鎖齊全;該支護作業加強區段，隨工作面推進，及時移動。2－201回采面揭露空巷圖見圖1，空巷工作面支護布置示意圖見圖2。

3)局部冒頂空巷，提前采用梁上架設木垛的辦法維護，然后再推采過空巷。

4)空巷與工作面交叉處，除正常對棚支護外，若空頂面積≥0.5 m×0.8 m，必須加補帶帽單體液壓支柱支護。

5)與工作面夾角較小的空巷推采跨過時，空巷內全部采用木垛支護，機組直接割透。

6)采煤機割過揭露空巷的工作面段時，必須降低速度，配合工作面作業工序，及時移梁、盡快頂移工作溜子，使空巷內支撐支柱、π梁齊全有效的情況下，最終形成工作面正式支護形式。

2.3 過空巷通風管理

隨工作面推進過空巷時，如果空巷內沒有風流，就可能出現在瓦斯積聚區作業現象，所以給空巷配風是一項必須的工作。2－201回采面通風系統圖見圖3。

圖3 2－201回采面通風系統圖

1)空巷相互貫通聯系是配風的必須條件。配風量多少由空巷設在回風側調節大小來實現，根據井下實際操作經驗，空巷內配備60～80 m3/min(空巷風速0.3 m/s)，調節斷面500 mm ×600 mm，即能滿足要求。

2)回采面“U”型通風路線:2－201皮帶順槽進風流→工作面→揭露的各條空巷或工作面→2－201回風巷回風流中。

3)回采面正常情況下配風400～460 m3/min，按需增加空巷數整體配風，一般配風空巷數控制在3條以內，這主要通過工作面局部調斜，分先后揭露工作面空巷數目來實現。回采面總風量一般控制在560～750 m3/min;回采面總風流控制，通過設在回風巷側調節大小來調控。

4)工作面側揭露的空巷設置柵欄，由當班瓦斯檢查員把關:測定柵欄前瓦斯濃度，嚴禁人員進入，柵欄距工作面煤壁5 m。配風空巷的回風側設置調風調節，禁止人員入內。其余不通風的空巷全部密閉。

5)回采面設立專用的設施臺賬，由瓦斯檢查員負責，班班交接匯報，發現問題及時處理。

2.4 “U”型通風改為“W”型通風，推采過回風巷。

2－201回采面“W”型通風系統圖見圖4。

圖4 2－201回采面“W”型通風系統圖

由圖4可知，當2－201回采面推至回風巷A點時，工作面將必須停止推進。但考慮到專用回風巷AB至停采線間仍有1.5萬t資源，嘉陽過渡礦井資源枯竭，本著精采細采原則，推采過回風巷，具體技術革新方案如下:

1)推采過原回風巷AB，把垂直于工作面的中部空巷BC作為新回風巷，使2－201回采面原來的U”型通風改為“W”型通風。系統變化如下:

原系統2－201皮帶順槽進風→工作面或空巷回風→2－201回風巷。

現系統2－201皮帶順槽進風→左半工作面→中部垂直空巷→回風巷和2－201軌道聯巷進風→右半工作面→中部垂直空巷→回風巷系統。

2)“W”型通風，左半工作面進風量由皮帶順槽所設調節的大小來確定，右半工作面進風量由2－201回風巷所設調節的大小來確定。左半工作面配風量 220 m3/min，右半工作面進風量配風量430 m3/min。

3)工作面中部垂直空巷作為回風巷，巷口壓力集中，容易造成巷口積渣，堵塞通風斷面。為此制定專項技術管理措施，回采隊班班清理巷口積渣，確保回風斷面不小于2.8(寬)×1.85(高)m2;采煤機停機時，不得停在回風巷口上下20 m范圍內。

2.5 過空巷安全管理

1)過空巷期間，必須堅持礦長、科長、隊長全程跟班制，現場指揮，把揭露空巷的工作面段當做重點來抓。

2)備齊備足過空巷期間所需的各種材料:包括坑木、單體液壓柱、π梁(其中單體液壓柱備用必須滿足2.2 m采高，以備空巷冒頂區用)、拔柱器等。

3)安排有經驗老工人專門進行空巷內維護工作，及時檢查空巷內支護強度。與工作面斜交或平行空巷因礦壓影響嚴重，威脅操作人員安全的空巷，由當班跟班礦長決定，是否再進行維護。

4)人員進入機道作業時，必須小心機道內頂板和煤壁支護安全、機道內工作溜和機組運行安全，防止頂板掉矸、煤壁片幫傷人，防止工作溜子和機組誤動傷人。

5)做好空巷內有害氣體防治工作，安排跟班瓦斯檢查員定時巡檢;安排專門測風員定期檢查各條空巷配風量，確保空巷配風量、嚴禁人員進入空巷無風區。

3 過空巷安全開采技術分析

3.1 生產效益

嘉陽過渡礦井資源枯竭，精采細采符合嘉陽礦實情。2－201回采工作面可采儲量8.8萬t，原煤噸煤原始成本686.4萬元，規費總計399.08萬元，空巷維護額外費用55.54萬元，噸煤單價按500元/t計算，總利潤3 258.98萬元，噸煤利潤370.34元/t。通過技術革新，將“U”型通風改為“W”型通風，推采過回風巷，多回收資源1.5萬t，增收利潤555.5萬元。

3.2 過空巷經驗

2#煤層回采工作面，在小窯空巷分布較多的情況下，從根本上解決了支護和通風問題，最終實現了安全開采。關鍵技術及安全管理因素總結如下:

1)空巷超前支護，有效遏制了空巷內頂板條件惡化，把頂板下沉量由原來的600～800 mm，縮小為200～300 mm。

2)通過工作面局部預先調斜，使工作面與空巷夾角≥25°，使空巷揭露面積≤10 m2，給推采過空巷打下了基礎。

3)將揭露空巷段的工作面支護，控制在三排道管理，并使2.6 m π 梁加長為 3.6 m，使揭露頂板及時支護。

4)施工工藝優化配合，降低采煤機割煤速度，配合頂溜、移梁工作，減少頂板空頂時間。

5)系統有計劃地給揭露的空巷配風，抓好通防設施現場管理，是解決過空巷通防工作的關鍵。

6)利用垂直于工作面的空巷回風，跨采原回風巷，改變工作面的“U”型通風為“W”型通風，不但去掉回采面上隅角瓦斯積聚區，而且使原軌道巷回風流中電器設備改處于新鮮風流中。

2－201回采面過空巷安全開采，支護及時、縮小空頂面積、配足風量、管好通防設施、現場管理到位，為以后2#煤回采工作面安全開采積累了經驗。

［1］國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程［S］.北京:煤炭工業出版社，2011:27－40，56－91.

［2］張榮立，何國緯，李 鐸.采礦工程設計手冊［M］.北京:煤炭工業出版社，2003:993－1165，3198－3200，3206－3236.