煤礦回采工作面過小煤窯破壞區頂板控制技術研究

鄭凌斌

（山西汾西礦業集團公司高陽煤礦，山西 孝義 032306）

引言

山西省煤炭資源整合與重組過程中，由于整合前大部分小煤礦使用落后的以掘代采或房柱式采煤工藝，導致相當一部分煤炭未被合理規劃開采，人為造成空巷、采空區等困難條件。正旺煤業11103 工作面受困于上覆大面積采空區，導致回采過程中礦壓劇烈、頂板破碎、拉槽漏頂。

結合11103 工作面水文地質情況，摸清工作面基本礦壓規律的基礎上，采取積極主動的應對措施，最大限度地減小了不利影響，確保了工作面順利停采回收。

1 正旺煤業11103 工作面概況

汾西礦業集團正旺煤業于2009 年7 月整合，2018 年10 月聯合試運轉通過驗收。11103 工作面為正旺煤業一采區的第2 個工作面，開采石炭系太原組10 號、11 號煤層合并層，9 號煤層已被小窯開采，煤層平均厚度7.85 m，煤層走向西北、傾向西南，平均煤層傾角6°，煤層含2～4 層夾矸，煤層結構簡單。老頂為石灰巖，直接頂為9 號煤底之碳質泥巖，直接底為鋁質泥巖，煤層結構較穩定。

工作面斷層、陷落柱發育，工作面西部約1/3 范圍已被小煤窯破壞，該區域的小煤窯破壞區巷道已損毀，并且局部有積水現象，所以在回采前應提前對其進行探放。11103 工作面小窯破壞示意圖如圖1所示。

圖1 11103 工作面小窯破壞示意圖

2 11103 工作面主要存在的問題

11103 工作面受小煤窯破壞影響，主要存在的問題如下：橫貫整個工作面的原小煤窯大巷就達6 條；工作面、兩巷端頭及超前支護段礦壓顯現，造成頂板破碎和下沉量、底鼓、片幫加大等現象；小煤窯破壞區、空巷內的有害氣體容易發生安全事故。

3 11103 工作面過采空區技術研究

通過對工作面水文地質條件及受破壞影響的分析，要在確保安全的前提下，最大限度地開采煤炭資源，需解決好頂板控制、采空區防滅火、兩巷防排水等難題，其中頂板控制尤為重要。

3.1 安全技術規范

1）由于空巷成巷時間長，圍巖變形破壞劇烈，產生一定程度的下沉變形。因此工作面推進到空巷附近時需加強錨桿、單體支柱支護及其他支護措施。

2）維護過程中禁止人員進入未進行維護的空巷范圍。煤機和支護段距離在10 m 時需要暫停作業，先完成煤機及前溜子的閉鎖，按照“先支后回”的基礎原則，對于影響煤機當前的支護材料完成回收。煤機割到這一位置時要求把牽引速度放慢同時走空刀使其可以和空巷支護范圍保持契合。

3）工作面較小的煤窯破壞區主要使用“先探后采”原則，地測科需要及時地完成對水情及小窯空巷情況的勘察，及時上圖，并編寫探放水措施。工作面需要安排好充足的水泵和水管等排水設備。兩巷水倉一定要配備兩臺排量保持在30 m3/h 以上的水泵，真正地做到“一用一備”，并配備13 cm（4 寸）排水管路。

4）工作面必須完善通風設施，實現均壓通風。過采空區期間必須加強工作面通風管理，通風區要設專職瓦檢員監測工作面有毒有害等氣體情況，定期檢查采空區及巷道漏風情況，發現有害氣體超限時，及時采取有效措施，保證作業人員的安全。

5）工作面帶班長和采煤機司機需要隨身攜帶便攜式瓦檢儀和一氧化碳探測儀，以及氧氣檢測儀，一旦出現氣體超標的情況則需要馬上報警，并且暫停作業、匯報調度及完成相關人員的撤離。

6）日常抓好對工作面支架和支柱二次的補液，讓支架當前的初撐力不能少于24 MPa、單體液壓支柱當前的初撐力不能少于11.3 MPa。

7）工作面經過空巷的同時，需要強化對機電設備的有效檢修，讓工作面能夠快速地推進。

3.2 開采技術措施

3.2.1 摸清礦壓規律，合理使用超前支護架

工作面推進至采空區后，周期來壓步距由原來的13.5 m 縮短至7.5 m 左右，且來壓顯現主要表現在工作面拉槽漏頂現象增多、超前支護段及前方約50 m 范圍內巷道變形，底鼓嚴重。

工作面頂板，采取追機作業及時地帶壓拉架保障頂板，拉架時需要盡可能地少降并慢降，真正地實現快移，在破碎位置支架上方需要進行鋪網，并且需要將其平行在工作面，設置兩排規格處于Ф200/2×3 000 mm的一種棚板的帶壓拉架，完成金屬網規格的鋪設：尺寸為6 000 mm×900 mm 網格的尺寸需保持在40 mm×40 mm，網格的形式是經緯網，鋪設的過程中需要使用長邊完成對接，短邊則采取搭接的方式，搭接的長度需要控制在300 mm，聯網之間的距離不能超出250 mm。在前滾筒割完成煤層之后需要伸出伸縮梁護頂，追機打開護幫板的護幫。假如片幫的情況嚴重，需要對其進行二次拉架后讓其斷面距離保持在340 mm，并需要在支架前梁完成棚板的上挑及圓木的支護。

兩巷頂板，主動延長兩巷超前支護距離至100 m，盡可能保持頂板完好，減小巷道變形量。在延長超前支護的過程中，需要事先完成金屬網的鋪設，在每兩個鋼帶或棚子中心的垂直巷道完成3.6（3.2）mπ型梁的架設（一梁三柱）或3.6 m 圓木（一梁二柱）支護，必要時選擇棚板（規格Ф200/2×1 200 mm）或道木勾頂，讓支架的接頂保持嚴密。原架設的U型棚梁若變形嚴重，失去支護效果，必須提前回收，并用單體支柱配合π型梁替代。取棚腿時一定要提前把頂梁完成支護后再去完成，嚴格按照“先支后回”的基礎原則進行。單體支柱配合π型梁實際的形式是：3.6（3.2）m π型梁平行在巷道，將其按照兩排完成布置，用π型梁的梁頭完成所需要的對接（最大不能夠超出100 mm），π型梁與兩幫之間的距離需要保持在400 mm，保持一梁三柱，支柱與梁頭之間的距離需要保持200 mm，柱之間的距離需要保持1 400 mm，并且全部套Ф300 mm 柱鞋。

超前支護架在推進過程中反復升降操作會造成頂板破碎、漏煤掉渣。煤渣清理不徹底，將無法保證超前架的行程，增加拉架的頻率。屆時可以使用超前拉架，并且把超前支護架提前拉出頂板條件并不是十分理想的區段，并使用邁步式的單體液壓支柱去完成對支護架的替代，盡可能地降低對頂板造成的損壞，讓其能夠穩定推進。

3.2.2 調整工作面

需要適當完成工作面采高的調整（不得低于2.5m），讓工作面當前的采高能夠和空巷平緩過渡。采煤機割煤時要勻速緩慢作業，防止工作面上竄下滑。為了避免工作面整體一次性進入壓力集中區，盡量將工作面與空巷調成偽斜，工作面調斜過程中，運巷一側工作面要超前材巷一側20 m 左右。

3.2.3 端頭注射凝固劑

視頂板情況在工作面或端頭處注射凝固劑，以確保頂板圍巖穩定性。根據11103 工作面經驗，以機頭處超前10 m 左右注射效果最佳，每次注射量2～3 t，注射時隨時監控頂板及煤壁注射情況，發生溢流及時調整角度或更換注射位置，確保注射質量。工作面做好頂板維護的情況下，一般不需要注射凝固劑。

3.2.4 規范使用支柱

必須為支設的所有單體液壓支柱配套柱鞋，并在所有支柱上掛設合格的防倒鏈，保證支柱、工作面支架初撐力達到規定要求，支架接頂嚴密。

3.2.5 其他措施

為了順利通過小煤窯破壞區，要針對老空積水采取預測預報，以先治后采的原則，編制具體的探放水設計及安全技術措施，保證工作面排水系統完好；針對有毒有害氣體，要在加強工作面通風管理的同時，編制封堵設計和均壓通風系統設計，并且使用封堵漏風及均壓通風完成對采空區有毒有害氣體的控制；加快回采推進速度，并采取向采空區噴灑阻化劑、煤層注水等措施，防止煤層自燃發火；在正常回采過程中采取邊采邊注氮的開放式注氮防滅火。

4 收效及總結

通過實施針對性的安全技術措施及科學合理的回采工藝，11103 工作面的回采工作得以圓滿完成。其中，優化頂板控制方式、靈活調整工作面推進度、優化超前支護段、在端頭注射凝固劑、均壓通風系統控制采空區漏風等綜合創新回采工藝，為類似受破很大的推廣價值和應用實效。