房柱式采空區(qū)下部綜采工作面過空巷支護研究

柳昭星，曹祖寶，羅利卜

（1.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710000；2.神東天隆集團有限責任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209）

房柱式采空區(qū)下部綜采工作面過空巷支護研究

柳昭星*1，曹祖寶1，羅利卜2

（1.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710000；2.神東天隆集團有限責任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209）

在房柱式工作面下部煤層采用綜合機械化長壁式開采時，存在工作面頂板支承壓力較大、頂板冒落規(guī)律復雜等問題，當采用縮短工作面和露天回收遺留煤柱時，長壁工作面存在過空巷的問題。結(jié)合昊達煤礦實際情況，對長壁綜采工作面的支護問題進行了研究，并采用現(xiàn)場監(jiān)測工作面液壓支架工作阻力和空巷頂板下沉量來衡量空巷支護質(zhì)量，確保了工作面順利安全地通過了空巷。

房柱式采空區(qū)；空巷；支護；現(xiàn)場監(jiān)測

在20世紀，由于開采技術(shù)的原因，煤層較多地采用了房柱式進行回采，即只回采煤房，而遺留煤柱對采空區(qū)進行頂板支護。這種方法的優(yōu)點是頂板安全穩(wěn)定，不易出現(xiàn)冒頂和片幫事故，且不易引起頂板下沉，在“三下”采煤得到較廣泛應用［1-2］；但其缺點是回采效率低，煤炭資源浪費嚴重，不利于采用綜合機械化大面積回采，遺留的采空區(qū)易造成煤炭自燃事故，對其下部煤層回采和巷道掘進帶來復雜的底板支承壓力和頂板垮落問題等。

在我國神東礦區(qū)，煤層埋藏淺，地質(zhì)條件簡單，在進行大規(guī)模開采之前大多采用房柱式或刀柱式開采，造成了大量房柱式采空區(qū)，在采用走向（或傾向）長壁工作面綜合機械化回采下層煤時，往往需要采取其他安全措施［3-4］，如縮短工作面、露天回收遺留煤柱等。伊金霍洛旗昊達煤炭有限責任公司（簡稱昊達礦）正是采用了上述縮短工作面的方法進行下層煤的回采。即通過將寬工作面均分成2個窄工作面，中間留有保護煤柱，以降低上部采空區(qū)的橫跨范圍，待通過上部采空區(qū)后再合并成寬工作面回采的方法。而由窄工作面向?qū)捁ぷ髅婧喜⒑蠊ぷ髅嫦蚯盎夭蓵r工作面前方處于超前支撐壓力影響范圍內(nèi)的空巷由于工作面的合并，保護煤柱的回采而產(chǎn)生應力集中問題。因此，本文著重對該問題進行了研究和討論，總結(jié)得出了該種情況的應力變化規(guī)律及相應的支護方法。

1　工程概況

1.1地質(zhì)概況

昊達礦可采煤層為3-2號和4-2號煤層。3-2號煤層平均厚度3.81m，為已采煤層，開采方式為房柱式開采。煤層頂板巖性為細砂巖、粉砂巖。煤層開采區(qū)域內(nèi)上覆地層平均厚度為41.90m，基巖平均厚度為20.40m。4-2號煤層距上部3-2號煤層平均為41.49m。煤層頂板巖性為粉砂巖、砂巖，底板以砂巖、細砂巖為主，煤層產(chǎn)狀與地層一致，煤層綜合柱狀圖如圖1所示。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層傾角為1°～3°，4206、4207工作面順槽巷道掘進過程中，未發(fā)現(xiàn)斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。

1.24206綜采工作面回采概況

4206綜采工作面位于礦井一水平的主水平位置，地面標高為1269～1320m，井下標高為1196.02～1205.7m，工作面推進長度為1485m，工作面沿傾斜方向長度為240m，面積約為356400m2。該工作面處于主回撤通道距進礦公路408～469m。4206工作面上覆有部分排土場，回采至377m處進入排土場，回采至1222m處出排土場。井下位置及相鄰關(guān)系為主回撤通道與4205輔運順槽交叉處距東主運大巷236m，與4206主運順槽交叉處距主運大巷444m。

4206工作面處于3-2煤炮采采空區(qū)與露采排土場范圍下，而在此范圍存在頂板大面積垮落對綜采工作面造成沖擊的危險性，因此采取留設煤柱，縮小工作面長度方法縮小上部采空區(qū)橫跨范圍，從而降低頂板大面積垮落的危險性。將4206工作面從切眼開始沿工作面傾向方向均分為2個窄工作面，分別為4206（1）工作面和4206（2）工作面2個工作面，然后在距離切眼431m處合面回采，當4206（1）工作面回采到距切眼474m時進入排土場，4206（2）工作面回采到距切眼245m時進入排土場，當4206（1）工作面與4206（2）工作面合面后回采到距切眼1210m時出排土場。如圖2所示。在3-2煤層房柱式采空區(qū)下部，將現(xiàn)有寬度為240m的工作面沿煤層傾向方向均分為2個寬度為105m的窄工作面，在2個工作面之間留設20m的安全煤柱。采用短工作面推過采空區(qū)壓覆區(qū)后，再合并為一個寬度為240m的工作面進行回采。

圖1　煤層綜合柱狀圖

圖2　工作面開采系統(tǒng)調(diào)整示意圖

2　工作面過空巷支護

4206工作面開采順序為先開采4206（1）工作面，當該工作面回采至合并開采位置后停止開采，接續(xù)開采4206（2）工作面。當4206（2）工作面推進到4206（1）工作面停采線位置時，2個工作面合并為一個工作面進行回采（并相應增加工作面液壓支架）。當4206（1）綜采面和4206（2）綜采面合并后，為了保證合并后工作面前方處于支承壓力影響區(qū)的原窄工作面向前掘進的空巷處于穩(wěn)定狀態(tài)、頂板不冒落，使工作面液壓支架能夠?qū)崿F(xiàn)“帶壓”移動，須采取以下支護措施：

（1）工作面運輸、回風順槽巷超前支護采用DW31.5型單體液壓支柱配合HDL-2800型π型鋼梁“一梁兩柱”進行支護，支柱排距1.0m，間距1.6m。

（2）當過小平行巷時，提前20m用木柱支護，支護范圍2m一根，3排27根，木柱選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場情況用木楔、木托板進行調(diào)節(jié)支護。

（3）在過斜聯(lián)巷時，提前20m進行用木柱支護，支護范圍2m一根，單排支護，木柱選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場情況用木楔、木托板進行調(diào)節(jié)支護。

（4）在過4206轉(zhuǎn)載巷時，提前20m進行用木柱支護，支護范圍2m一根，單排支護，木柱選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場情況用木楔、木托板進行調(diào)節(jié)支護。

（5）超前支護時，對平行巷、斜聯(lián)巷、轉(zhuǎn)載巷的聯(lián)巷交叉口進行加強支護，選用高3m，粗30cm的松木，然后根據(jù)現(xiàn)場情況用木楔、木托板進行調(diào)節(jié)支護。這些重點加強區(qū)域同時可以適當增加錨桿和錨索支護以增加頂板和兩幫的穩(wěn)定性。錨桿支護規(guī)格為?16mm× 1800mm，支護間排距為1.0m×1.0m；錨索全部采用規(guī)格為?15.24mm×6500mm錨索+鋼網(wǎng)加強支護，間排距2.0m×3.0m。支護形式如圖3所示（錨桿、錨索補強支護未畫出）。

（6）合并后的4206工作面在靠近原來4206（2）側(cè)的工作面需要經(jīng)歷一次過4206裝載巷的過程，除了上述基本的木柱支護外，下端頭位置空頂面積大，應重點加強支護。該礦采用1架ZYG7600/16/33型過渡液壓支架和3架ZYT7600/16/33型端頭液壓支架支護進行端頭支護。

圖3　空巷支護（圖2 A區(qū)放大圖）

3　4206綜采工作面過空巷期間的礦壓觀測及分析

為了掌控工作面過空巷時的支承壓力分布情況［5-6］，2個工作面合并后對工作面液壓支架工作阻力進行隨時監(jiān)測，并同時監(jiān)測各空巷的頂板下沉量。工作面支架從下端頭處開始依次往上端頭開始編號，工作面安裝ZYT7600/16/33型掩護式液壓支架共141架（包括上下端頭各3架），對頂板實行全支護垮落法控制，最小控頂距為4296mm，最大控頂距為5096mm。分別在11#、25#、38#、51#、62#、73#、85#、98#、111#、126#液壓支架布置工作阻力檢測儀。支架工作阻力從合面后開始隨工作面的推進距離關(guān)系如圖4所示（所有監(jiān)測點的平均值）。空巷頂板下沉量用普通鋼尺測量即可，測出最初空巷頂?shù)装寰嚯x，以后每班各測一次頂?shù)装宓木嚯x即可知道頂板的下沉量，監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。

圖4　支架工作阻力監(jiān)測結(jié)果圖

圖5　空巷頂板下沉量監(jiān)測結(jié)果圖

（1）從工作面液壓支架工作面阻力監(jiān)測可以看出，當工作面經(jīng)歷平行巷和斜聯(lián)巷時［每條巷道各經(jīng)過一次，見圖2（a）］，工作面液壓支架最大工作阻力和平均工作阻力變化不大；當工作面經(jīng)過4206轉(zhuǎn)載巷時，工作面液壓支架工作阻力有所增加，這是因為超前支承壓力的影響使得前方轉(zhuǎn)載巷頂板提前出現(xiàn)了下沉，頂板結(jié)構(gòu)不能形成結(jié)構(gòu)，下沉的巖層直接作用在液壓支架上，但仍未超過額定工作阻力，支架未出現(xiàn)壓死現(xiàn)象。可采取快速推進經(jīng)過該轉(zhuǎn)載巷的措施。

（2）當工作面推進到平行巷和斜聯(lián)巷時，工作面支架阻力未出現(xiàn)明顯變化是由于上述數(shù)據(jù)采取監(jiān)測點的平均化處理的原因，實際上，該處的液壓支架工作阻力略有提高（但仍不及過轉(zhuǎn)載巷時），應適當加快推進速度。

（3）從空巷頂板下沉量的監(jiān)測可知，平行巷和斜斜聯(lián)巷的頂板下沉量較小，最大下沉量分別為90mm、140mm，轉(zhuǎn)載巷最大下沉量較大，為320mm，局部有冒頂區(qū)域，應增加木支護或單體液壓支架支護。

4　結(jié)論

（1）昊達礦當長壁式綜采工作面需要過空巷時，根據(jù)空巷的位置及規(guī)模，可采用單體液壓支柱和木支柱等進行支護，局部交叉巷地區(qū)宜增加錨桿、錨索等支護方式；超前巷道可采用單體支柱加π型鋼方式進行支護。

（2）通過現(xiàn)場監(jiān)測表明，過空巷工作面液壓支架最大工作阻力為40MPa，空巷頂板最大下沉量為350mm，可采用快速通過空巷的方式保證工作面的安全順利通過。

［1］張華興.對“三下”采煤技術(shù)未來的思考［J］.煤礦開采，2011 （1）：1-3.

［2］孫潔艷，李大屯.九龍礦“三下”采煤技術(shù)效益分析［J］.煤炭科學技術(shù)，2012（1）：109-111.

［3］段春生.綜采工作面過空巷支護實踐研究［J］.煤炭工程，2010（5）：37-39.

［4］劉暢，弓培林，王開，等.復采工作面過空巷頂板穩(wěn)定性［J］.煤炭學報，2015（2）：314-322.

［5］李鑫，蘇海，李宗濤，魏小東.煤柱回收工作面過空巷技術(shù)［J］.煤炭科學技術(shù)，2012（11）：45-49.

［6］白曉生.新柳煤礦大斷面切巷過空巷技術(shù)研究［J］.煤炭工程，2010（5）：35-37.

Then shortening work face and open-pit recycling coal pillars，there is such problem as passing empty roadway.Combined with the actual situation of Haoda coal mine，long-wall fully mechanized working face support nursing problems were studied，and by monitoring field working face hydraulic support working resistance and the amount of roof sinking，the empty roadway supporting quality is judged，so it ensure the working face smoothly and safely passing through the empty roadway.

Study on Passing Empty Roadway Supporting of FullyMechanized Coal Mining Face under Room and Pillar Mining Goaf

LIU Zhao-xing，Chao Zhu-bao1，Luo Li-bu2
（1.CCTEG Xi'an Research Institute，Xi'an Shanxi 710000，China；2.Shendong Tianlong Group LTD.，Erdos Inner Mongolia 017209，China）

In coal seam mining under room and pillar working face by mechanized long-wall，the complex problems of working face roof abutment pressure larger and complex roof fall laws exist.

room and pillar mining；empty roadway；supporting；field monitoring

TD26

A

1004-5716（2016）09-0154-04

2016-04-15

2016-04-16

柳昭星（1988-），男（漢族），山東汶上人，助理工程師，現(xiàn)從事煤炭地質(zhì)災害治理與研究工作。