淺埋深不等間距綜采工作面過底空巷技術

高士崗

(中國神華神東煤炭集團柳塔煤礦，內蒙古鄂爾多斯市，017200)

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淺埋深不等間距綜采工作面過底空巷技術

高士崗

(中國神華神東煤炭集團柳塔煤礦，內蒙古鄂爾多斯市，017200)

柳塔煤礦淺埋綜采工作面底部存在有3條橫向空巷，由于現采煤層距離橫向巷道僅為3.5～10 m，受采動影響存在垮塌、設備陷落、傷人等危險，對工作面的安全回采構成嚴重威脅。為了保障淺埋工作面順利推過3條不等間距底空巷，通過數值模擬研究了空巷支護強度、層間距對空巷頂板破壞的影響規律，并制定了分類補強支護、調整開采參數、加強監測與管理等過空巷技術措施。實踐表明，采取的技術措施有效可行，對我國礦區類似開采情況具有實際的參考價值。

淺埋深 綜采工作面 不等間距 底空巷 分類補強支護

神東礦區柳塔煤礦井田主要含煤地層為侏羅紀中、下統延安組，共有煤層8層，目前主采12#煤層，煤層厚度為1.6～5.1 m，平均厚度為3.28 m，為瓦斯礦井。該煤礦2006年實行技改，技改之前形成的多條空巷大量分布于井田范圍內。12上104綜采工作面為“刀把子”型工作面，分為兩段，第一段寬度為238.5 m，推進長度為272.1 m；第二段寬度為119.1 m，推進長度為163.4 m，傾角為1°～5°。三條空巷位于12上104工作面第二段下部，橫貫整個工作面，為2005年掘進巷道，封閉至今；與12上104工作面層間距為3.5～10 m，空巷寬度為3.8～4.3 m，平均寬度為4.0 m，高度為2.0～2.62 m，平均高度為2.3 m，與工作面切眼水平距離分別為68 m、151 m、233 m；空巷區域煤層埋深103.46～111.27 m，屬于淺埋深工作面過底空巷范疇。空巷與工作面位置關系如圖1所示。

圖1 工作面與底部空巷關系圖

淺埋工作面大范圍過底部不等間距橫向空巷，在空巷無法采取充填措施的前提下，存在著底板大面積塌陷、支架和采煤機陷落、有害氣體溢出等風險，影響工作面正常生產，對工作面作業人員產生較大的安全威脅，同時通過調研發現，我國煤礦工作面過近距離底空巷的案例很少，可進行實踐參考的資料匱乏。通過對柳塔煤礦12上104綜采工作面過底空巷進行數值模擬研究，制定了相應的過底空巷技術措施，成功保障了工作面順利通過底部3條空巷。該技術實踐為我國煤礦工作面過近距離底空巷提供了重要的參考。

1 工作面過空巷時底板應力及巷道變形規律

12上煤層及其頂底板特征情況見表1。依據12上煤層及其頂底板特征，建立數值模型如圖2、圖3所示，模型走向長度250 m，傾向長度200 m，高度60 m，模型四周邊界進行固定，煤巖層物理力學參數按礦方提供的數據給定，模型上方50 m覆巖層按重力施加在上邊界。模擬研究淺埋工作面過空巷期間空巷的支護強度、層間距對底板應力的影響規律。

表1 12上煤層及其頂底板特征

圖2 建立的模型及應力平衡圖

圖3 工作面過空巷位置關系

(1)未采取支護措施時。工作面推進至未采取支護措施的空巷時，按層間距為4 m進行考慮，工作面下方底板破壞情況如圖4所示。

由上述模擬可知，當間距為3 m時，工作面底板拉伸破壞區能夠貫穿整個層間距，此時工作面存在底板大面積塌陷、綜采設備陷底的風險；若層間距加大至4 m，3～4 m區域拉伸破壞程度低，底板塌陷的可能性大大降低；若繼續增加層間距，則底板穩定性進一步提高，有利于工作面安全推過底部空巷。

(2)采取木支護措施時。對于層間距小于4 m的區域，采用木支柱進行加強支護，此時工作面底板破壞情況如圖5所示。

圖4 底空巷未支護時底板破壞狀態及應力分布圖

圖5 底空巷加強支護時底板破壞狀態及應力分布圖

由圖5可知，在間距為3 m、采取木支柱加強支護的情況下，工作面底板拉伸破壞區范圍大大縮小，此時基本滿足工作面安全推過底空巷的要求，只需著重對工作面與巷道交叉的端頭處進行補強支護即可。

由柳塔煤礦實際資料可知，12上104工作面距離底空巷3.5～10 m，因此，在確保工作面安全回采的基礎上，為了節約成本和縮短工時，對底部空巷分類采取如下技術措施。

2 工作面過空巷技術

2.1 分類補強支護

對空巷進行啟封，按照層間距不同，確定不同的支護形式。

2.1.1 補強頂板支護

根據空巷與12上煤層不同的層間距，確定不同的巷道頂板支護方式。空巷斷面為矩形，規格為2300 mm×4000 mm。當層間距大于8 m時，采用錨網索支護，巷道頂板支護采用?16 mm×2000 mm圓鋼錨桿，間排距為1200 mm×1000 mm，距兩幫各200 mm處布置4根。頂板采用?22 mm×8000 mm錨索，間排距為2000 mm×2000 mm，距巷幫各1000 mm布置2根。護表采用 ?6.5 mm×3800 mm×1000 mm鋼筋網片和3 m W型鋼帶，由錨索托盤固定。煤幫采用?18 mm×1800 mm玻璃鋼錨桿，間排距為1500 mm×1500 mm，距巷道頂板250 mm布置，兩幫采用塑料網片護表，如圖6所示。

當層間距為3～8 m時，錨索參數進行適當調整。巷道頂板錨索數量增加至3根，間排距為1250 mm×2000 mm，中間錨索沿巷道中心線布置，由錨索托盤固定3 m W型鋼帶。錨索直徑為17.8 mm，當層間距分別為3～4 m、4～5 m和5～8 m時，錨索長度有所增加，分別為3000 mm、4000 mm和5000(或6500)mm，如圖7所示。

2.1.2 補強垛木、木點柱支護

對層間距小于6.5 m的空巷補強支護垛木和木點柱。當層間距小于4 m時，采用木垛沿巷道中心線布置，所用道木規格為150 mm×150 mm×1500 mm，垛與垛間隔750 mm(按沿巷道中心線方向中間的道木兩頭為準)，木垛外邊沿距兩巷幫各775 mm。垛內道木縱橫方向上間隔各為 800 mm，沿巷道中心線方向內錯的道木間隔為650 mm，互成90°木垛搭接后伸出的長度各為200 mm，沿巷道中心線方向的道木搭接后伸出長度為125 mm。當層間距4.0～6.5 m時，垛與垛之間間隔加大至1500 mm，在其中間補打?30 mm木點柱，如圖8、圖9所示。

2.2 輔助技術措施

(1)調整勞動組織，加快推進速度。為了保證生產的連續性和工作面快速推過空巷，將原生產制度“全天4小時檢修、12小時生產”調整為“6小時檢修、18小時生產”，同時提前向地方監管部門申請，過空巷期間連續生產作業。

(2)調整采煤參數。過空巷期間，工作面采高由3.2 m調整為2.8 m，保證過空巷期間不損壞空巷頂板錨索。為此，距離空巷15 m開始上山割煤，過空巷時沿夾矸底板作為綜采工作面的底板，并少量割頂板巖石，控制采高2.8 m；過空巷后下山割煤，至距空巷10 m處時調整至沿煤層頂、底板推進，如圖10所示。此外，工作面過空巷前，對綜采工作面進行調斜，增大工作面和空巷的夾角，斜交過空巷，減小底部應力對空巷的影響范圍。

圖6 層間距大于8 m的頂及幫支護方式

圖7 層間距3～8 m的頂及幫支護方式

圖8 層間距小于4.0 m的垛木補強支護方式

圖9 層間距4.0～6.5 m的垛木補強支護方式

圖10 工作面過空巷期間調整割煤

(3)實時監測礦壓，采取等待來壓措施。正常生產期間，對工作面支架壓力進行實時監測。在工作面過空巷前3～5 m處停產等壓，待老頂破斷來壓后再推進，最大限度地避免頂板壓力通過支架的傳力作用對空巷穩定性的影響。

(4)加強工作面管理。過空巷期間，加強工作面設備檢修，杜絕管路系統“跑、冒、滴、漏”現象，確保過空巷時不受設備故障影響；加強工作面支架初撐力管理，支架初撐力必須達到252 MPa以上，防止頂板突然垮落對空巷造成動載作用；綜采工作面過空巷期間極易與空巷溝通，造成通風系統紊亂，甚至風流短路，必須加強觀測空巷內有毒有害氣體、負壓等變化情況；重點觀測空巷頂板下沉量情況，出現頂板下沉速度加快時，及時預警。

3 綜采工作面過空巷實踐

根據礦壓觀測分析，柳塔煤礦12上104綜采工作面過底部3條空巷期間，周期來壓步距為8.0～11.0 m，來壓時除個別支架安全閥開啟卸壓外，多數支架壓力為320～380 MPa，壓力顯現不強烈。采取補強支護、加快推進度、降低采高等技術措施后，工作面推進速度達到8刀/d，空巷頂板得到有效控制，沒有產生塌陷及支架、刮板輸送機等設備陷落等事故，快速、安全地推過了3條底部空巷。

4 結論

(1)數值模擬得出，底空巷不采取支護措施時，層間距應不小于4 m；層間距小于4 m時，通過對空巷加強支護可以滿足安全要求。

(2)為保障過空巷期間工作面安全回采，采取了分類補強支護、調整勞動組織、加快推進度、調整采煤參數、實時礦壓監測、等待來壓、加強工作面管理等技術措施，安全、快速、順利推過了12上104綜采工作面3條底空巷。

(3)國內淺埋深、不等間距、短推進距離內頻繁過底空巷實踐較少，柳塔煤礦為我國類似條件下工作面安全回采積累了實踐經驗。

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(責任編輯 郭東芝)

Technology of fully mechanized face advancing over abandoned roadways with unequal space in floor of shallow coal seam

Gao Shigang

( Liuta Coal Mine, China Shenhua Shendong Coal Group, Ordos, Inner Mongolia 017200, China)

There were three transverse abandoned roadways which were only 3.5-10 m from floor of shallow buried fully mechanized face in Liuta Coal Mine, so the roadways were easily affected by mining and in a dangerous situation of collapse, equipment falling and human casualty, that was a severe threat for safety mining. In order to advance successfully through the three abandoned roadways in the floor of shallow buried coal face, numerical simulation had been used to study the influence law of supporting strength and layer spacing on roof failure of empty roadways, and then technical measures of face advancing across abandoned roadways such as classifying reinforce support, adjusting mining parameters and enhancing monitor and management were determined. The practices showed that the technical measures were effective and available, and had actual reference value for mining areas with similar mining conditions.

shallow buried depth, fully mechanized working face, unequal spacing, abandoned roadway in face floor, classifying reinforce support

高士崗. 淺埋深不等間距綜采工作面過底空巷技術[J]. 中國煤炭，2017,43(5)：52-56，65. Gao Shigang. Technology of fully mechanized face advancing over abandoned roadways with unequal space in floor of shallow coal seam[J]. China Coal, 2017, 43(5):52-56，65.

TD323

A

高士崗(1978-)，男，陜西神木人，中級工程師，畢業于內蒙古科技大學機械工程及自動化專業，現為神東煤炭集團柳塔煤礦礦長，長期從事煤礦現場生產管理工作。