王莊煤礦6212煤柱工作面過空巷圍巖控制技術(shù)

王延年

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

王莊煤礦是潞安集團下屬的一座特大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井，年產(chǎn)量710萬t，隨著煤炭開采強度的不斷加大，礦井資源逐漸枯竭，為了延長礦井壽命，提高礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用程度，進一步提高煤炭資源回收率，煤柱回收成為礦井的一條重要路徑。王莊煤礦由于長期采用長壁綜采工藝，采區(qū)開采后沒有進行煤柱的及時回收，井田內(nèi)積存了相當數(shù)量的殘留護巷煤柱，這些煤柱總體上賦存較穩(wěn)定，煤層頂?shù)装鍡l件較好，煤層厚度較大，具有很高的開采價值。然而，煤柱附近都為采空區(qū)，導致其具有特殊的覆巖破壞特征及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，同時煤柱回采往往會遇到采區(qū)的空巷等特殊情況，導致煤柱回收面臨很多困難。本文針對王莊煤礦62采區(qū)布置的6212煤柱工作面，對回采面臨的過空巷圍巖支護問題進行探討。

1 6212煤柱綜放工作面的特點

6212煤柱工作面地面位置位于62回風井南180 m，井下位置東北為6210與6209已采工作面，西北為實體煤，東南為6208在采工作面，西南接630/3膠帶巷。開采的3號煤層賦存于二疊系山西組地層中下部，厚度穩(wěn)定，均厚6.9 m，煤層底板標高622～634 m，煤層傾角1～4°。回采過程中會遇到很多空巷，見圖1。從空巷所處層位來看，有的空巷與工作面兩巷一樣，沿3號煤層底板掘進，如62上山膠帶巷、62上山膠帶巷水倉、6209風巷；剩余的空巷基本上都是沿3號煤層頂板掘進，如630總回風巷、630總回配風巷、62上山軌道巷、740總回風巷、62火藥庫、630/2專回。從空巷與6212切眼的夾角來看，6209風巷垂直于6212切眼；630總回風巷、630總回配風巷、62上山軌道巷、62上山膠帶巷、62上山膠帶巷水倉與6212切眼的夾角為29°；剩余的空巷與6212切眼的夾角都在51～80°之間。另外，回采過程中還會遇到好幾處這些空巷的交叉點。這些空巷的存在使得工作面推進到空巷時，由于空巷圍巖的應力集中區(qū)與工作面超前支承壓力疊加，加之空巷圍巖破碎，且端面空頂面積明顯增大，易造成工作面端面冒頂，同時也易使得工作面兩巷圍巖變形更加劇烈。

圖1 6212工作面內(nèi)空巷分布

2 過空巷圍巖預加固措施

工作面通過空巷之前，必須提前對空巷進行預加固，提高空巷圍巖的穩(wěn)定性，以保證工作面過空巷期間采場圍巖保持穩(wěn)定，空巷預加固工作一般需在工作面超前支承壓力和巷道圍巖高應力區(qū)的疊加影響區(qū)外進行。根據(jù)已有相似模擬結(jié)果可知， 6212工作面前方應力增高區(qū)的范圍約45 m，而巷道圍巖的高應力區(qū)范圍一般不超過2 m，因此，空巷的預加固應在工作面推進到距離空巷50 m以內(nèi)前完成。考慮到6212工作面日進尺預計為4.8 m，而超高水材料充填體需要7 d才能達到最終強度的90%以上，如果某段空巷的預加固采用超高水材料注漿的方法，則必須在工作面推進到距離空巷85 m前完成注漿工作。

2.1 沿煤層底板掘進的空巷加固

回收空巷內(nèi)原工字鋼棚，采用全錨網(wǎng)支護，并在空巷內(nèi)打設聯(lián)鎖木垛，規(guī)格為：垂直巷道為3 m大板，平行巷道為1.6 m道木，間距2 m，見圖2。

圖2 沿煤層底板空巷木垛支護示意

2.2 沿煤層頂板掘進的空巷加固

6212工作面煤層平均厚度為6.9 m，采放比為1 ∶1.3，割煤高度為3 m，放頂煤的高度為3.9 m，而空巷的凈高一般在3～3.2 m，如果工作面割煤高度不變，那么工作面過沿煤層頂板掘進的空巷時，即使不放頂煤，割煤空間的頂板與空巷底板之間也只有0.7～0.9 m厚的煤層相隔。而由于原空巷服務期間對巷道底板的破壞加上本工作面超前支承壓力的作用，這部分0.7～0.9 m厚的煤層一般已經(jīng)受到了較嚴重的破壞，不能起到有效的隔離空巷的作用，而且容易發(fā)生冒頂。因此，對于沿煤層頂板掘進的空巷，應先對空巷的頂板和兩幫進行錨網(wǎng)支護，再對底板注高水材料漿液做加固處理，然后間隔5 m搭設木垛進行加強支護，工作面推進到距空巷3 m時，應停止放煤，同時應適當減小工作面采高，直至工作面通過該空巷后方可恢復正常作業(yè)。

2.3 空巷交叉點加固

6212工作面回采過程中，會遇到多個空巷的交叉點。這些交叉點從相交巷道的層位來分，有兩條沿煤層底板掘進巷道的交叉點，兩條沿煤層頂板掘進巷道的交叉點和一條沿煤層底板掘進、另一條沿煤層頂板掘進的兩條巷道的交叉點。從交叉點的形狀來分，有“T”型和“×”型交叉點。一般來說，交叉點附近巷道斷面大，圍巖變形破壞更嚴重，工作面過空巷的難度更大。已有研究表明，“×”型交叉點比“T”型交叉點的斷面大，圍巖變形更嚴重，而且交叉點處兩條巷道的夾角越小，圍巖變形破壞程度越高。

1) 對于兩條沿煤層底板掘進巷道的交叉點，可適當加大對巷道頂板和煤幫全錨網(wǎng)支護的密度，加大對頂板的錨索支護密度，并打設聯(lián)鎖木垛(垂直巷道為3 m大板，平行巷道為1.6 m道木)。

2) 對于兩條沿煤層頂板掘進巷道的交叉點，可適當加大對巷道頂板和煤幫全錨網(wǎng)支護的密度，加大對頂板的錨索支護密度，并對底板注高水材料漿液做加固處理，然后底板先鋪大板、鋪金屬網(wǎng)，再打設聯(lián)鎖木垛，交叉口兩側(cè)打設木垛鎖口，工作面推進到距交叉口5 m時，應適當減少或停止放煤，同時應適當減小工作面采高，直至工作面通過該空巷后方可恢復正常作業(yè)。

3) 對于一條沿煤層底板掘進、另一條沿煤層頂板掘進的兩條巷道的交叉點，可適當加大對巷道頂板和煤幫全錨網(wǎng)支護的密度，加大對頂板的錨索支護密度，并對沿煤層頂板掘進的空巷的底板注高水材料漿液做加固處理，然后底板先鋪大板、鋪金屬網(wǎng)，再打設聯(lián)鎖木垛，底層在交叉口兩側(cè)打設木垛鎖口。工作面推進到距交叉口5 m時，應適當減少或停止放煤，同時應適當減小工作面采高，直至工作面通過該空巷后方可恢復正常作業(yè)。

4) 如果是6212運巷或6212風巷與空巷的交叉點，應于交叉口10 m范圍內(nèi)在6212運巷或6212風巷內(nèi)架設一梁四柱單體支柱工字鋼棚，棚距0.6 m。

5) 在6212工作面回采初期會切割原6209風巷，該巷道沿3號煤層底板布置，與工作面方向垂直，與現(xiàn)6212風巷之間僅間隔約5 m的煤柱。6209風巷和6212風巷都在6212工作面切眼前方約53 m與62上山軌道巷斜交。由于兩個交叉點距離很近，交叉點附近較大范圍內(nèi)的圍巖處于應力疊加影響區(qū)內(nèi)，特別容易發(fā)生變形和破壞，在所有交叉點中，6212工作面回采通過該處的交叉點難度最高。因此建議于交叉口10 m范圍內(nèi)在6212風巷內(nèi)架設一梁四柱單體支柱工字鋼棚，棚距0.6 m，而交叉口10 m范圍內(nèi)的空巷應先打密閉墻，然后用超高水材料注漿充填，見圖3。

圖3 6212風巷與原6209風巷、62上山軌道巷交叉口加固示意

3 過空巷安全技術(shù)措施

6212煤柱工作面回采過程中會頻繁通過空巷，其中包括沿煤層頂板掘進的空巷、沿煤層底板掘進的空巷、同層空巷交叉點、立交空巷交叉點等，頂板管理、現(xiàn)場安全管理難度大，除了需要掌握過空巷方法外，還需采取如下安全技術(shù)措施。

1) 放煤控制。根據(jù)6212工作面頂板來壓情況，結(jié)合工作面壓力顯現(xiàn)及煤墻松軟垮落程度確定具體措施。工作面通過沿煤層底板掘進的空巷時，如果空巷沒有冒頂，一般可以直接正常推進和放頂煤。工作面通過沿煤層頂板掘進的空巷時，應在工作面推進到距空巷5 m時，停止放煤，同時適當減小工作面采高，工作面快速推過空巷，防止支架壓死(保證支架前柱500 mm伸縮量)，最大限度減小支架對空巷頂錨網(wǎng)支護的破壞。過冒頂區(qū)域時，因冒頂區(qū)域已經(jīng)全部注漿充填，工作面可不放頂煤，待工作面通過該區(qū)域后再繼續(xù)正常的循環(huán)作業(yè)。

2) 頂板管理。工作面推進過程中，必須嚴格控制好工作面推進速度，當工作面接近空巷時，煤壁逐漸變薄，易出現(xiàn)片幫、冒頂，此時應降低采煤機割煤速度，且割煤前須提前完成支架超前移架，并用坑木護頂，如果空巷處煤體垮落，必須用坑木將空巷空頂處填滿，支護頂板。空巷暴露區(qū)段，支架必須超前移出，如果支架不能支護住坑木上的連鎖木垛，必須先用護幫板護住。護頂坑木應盡量切頂并橫穿工作面空巷的外幫煤墻(靠近采空區(qū)側(cè)為內(nèi)側(cè)，反之為外側(cè))，割煤時防止割到坑木，防止物料甩出傷人。如果空巷頂板出現(xiàn)下沉，機組難以通過時，必須采取挑頂作業(yè)。工作面片幫嚴重時，必須在煤壁處打護幫柱，以防因片幫嚴重造成冒頂，片幫超過500 mm 時，須注漿加固。過空巷時支架間應鋪設防護網(wǎng)，防止冒落矸石砸傷設備和操作人員。

3) 工作面過平行空巷內(nèi)側(cè)煤壁時，且空巷中存在錨桿段，采煤機須停機，同時閉鎖工作面刮板輸送機，人員進入煤壁取錨桿。當有金屬物纏繞機組滾筒時，機組立即退后3 m，停機閉鎖刮板輸送機，機組摘刀，同時打護幫板護幫護頂，經(jīng)敲幫問頂確認無危險后，進入刮板輸送機內(nèi)取錨桿。

4 結(jié) 語

6212煤柱工作面推進過程中遇到的空巷數(shù)量較多，并且空巷與工作面之間的關(guān)系較復雜，為了保證煤炭資源的安全回采，必須針對空巷與工作面間的位置關(guān)系提出相應的空巷預加固措施，并提出相應的過空巷安全技術(shù)措施。6212煤柱工作面設計切眼長度215 m，總推進長度281 m，煤炭回收率為91.5%(其中底煤98%，放頂煤85%)，共可以回收煤炭資源約38.2萬t，可以極大提高王莊煤礦煤炭資源的回收率。在實際生產(chǎn)過程中，必須定期對工作面礦壓進行監(jiān)測，基于礦壓監(jiān)測結(jié)果，對過空巷控制技術(shù)及時進行優(yōu)化調(diào)整，以保障工作面的安全高效回采。