大巷煤柱回收工作面過空巷工藝實踐*

曹丹弟

(北京天地華泰礦業管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

采用布置綜采工作面回收大巷煤柱需要經過年久失修或廢棄的巷道，稱為過空巷[1]。現階段回收大巷煤柱工作面過空巷時采用的主要支護方案有木垛支護、單體液壓支柱支護、充填支護等方案[2-4]，但綜合經濟因素和現場地質條件進行空巷改造并采取組合支護方案較少[5-6]。納林廟煤礦二號井現階段已經進入生產服務年限后期，礦井僅剩余最后一個回收大巷煤柱工作面，為了安全高效回采，有必要進行回收大巷煤柱過空巷工藝研究。

1 工程背景

伊泰集團納林廟二號井隸屬東勝煤田，可采煤層共3層，回采煤層6-2煤，煤層平均厚度5.7 m。煤質普氏系數f為1～3，6-2116綜采工作面是伊泰集團納林廟煤礦二號井的最后一個工作面，也是回收大巷煤柱工作面，工作面傾斜長度239.7 m、走向長度2 367 m，采用綜合機械化一次采全高回采，設計采高5.5 m。工作面儲量363.3萬t。6-2116綜采工作面東鄰井底車場，西鄰礦井邊界煤柱，南鄰6-2101至6-2110工作面采空區，北鄰6-2115工作面采空區，上部為4-2煤層(間距約70 m)回采時需經過縱向貫穿工作面的6-2煤西翼3條大巷17條聯巷和3個暗井。3條大巷從南到北依次為6-2煤西翼輔運大巷、6-2煤西翼回風大巷、6-2煤西翼主運大巷。大巷煤柱范圍內另分布有17處原南翼綜采工作面順槽開口段空巷以及2條聯絡巷。

8#聯巷與6-2116工作面平行，呈南北向布置，距工作面切眼562 m，北起原主運大巷，南至6-2116工作面輔運順槽，全長139.5 m，原斷面為矩形，規格為5.5 m×3.8 m，如圖1所示。8#聯巷與工作面對應關系為79～139#支架(機尾過渡架)。其中回風大巷正對59～61#支架；主運大巷正對79～80#支架；輔運大巷正對99～101#支架。

2 支護方案

8#聯巷回采前采用挑頂+充填+木垛+錨網索的支護方案，并對原大巷幫頂進行補強支護。

2.1 挑頂

為保證工作面有足夠采高通過8#聯巷，在回采前對8#聯巷進行挑頂，在不改變8#聯巷寬度基礎上，底板沿煤層直接底，規格改為5.5 m×4.8 m，如圖2所示。

圖2 挑頂示意Fig.2 Diagram of roof ripping

2.2 頂板支護

挑頂后對頂板重新進行支護，8#聯絡巷頂板支護使用φ18 mm×2 000 mm鋼錨桿、φ6.5 mm鋼筋網，φ17.8 mm×7 200 mm和φ21.8 mm×9 500 mm組合錨索以及W鋼帶組合支護，如圖3所示。φ18 mm×2 000 mm鋼錨桿，間排距1 200 mm×1 000 mm，配合使用規格為φ6.5 mm×2 500 mm×1 100 mm的鋼筋網護頂。φ17.8 mm×7 200 mm錨索，間排距為3 000 mm×2 000 mm，φ21.8 mm×9 500 mm錨索配合5 000 mm 的W鋼帶，間排距為2 000 mm×2 000 mm，幫部2根錨索與頂板呈80°傾角，W鋼帶兩端距貫通側300 mm，距非貫通側200 mm。

圖3 頂板支護示意Fig.3 Schematic diagram of roof support

2.3 充填

對支護后的8#聯巷進行充填，充填體材料采用以粉煤為主。選用PC32.5R型水泥與粉煤，煤與水泥重量比為1∶0.15，調制成充填膏體，水泥用量為0.24 t/m3。充填時，巷道底板至巷道3.6 m段使用防爆裝載機攪拌砼，充填體最終普氏系數達到原位煤體普氏系數f為1～3，上部留有1.2 m空間用木垛接頂。

2.4 木垛接頂

由輔運順槽向北40 m空巷內沿工作面推進方向共支設3排，第1排與第3排木垛邊緣距巷幫為350 mm，第2排木垛沿巷道中心支設，3排木垛間距2 000 mm；如圖4(a)所示。考慮到工作面中部較機尾位置處頂板壓力和下沉量均較大，為增大工作面中部空巷頂板的支護強度，將自輔運順槽向北40 m位置至主運大巷的空巷內木垛進行加密，第1排與第3排木垛邊緣距巷幫為350 mm，第2排木垛沿巷道中心支設。3排木垛間距1 500 mm，且將第2排木垛由每層2根改為每層3根，均勻布置，如圖4(b)所示。

圖4 木垛接頂方式示意Fig.4 Method of wooden pile support

2.5 大巷補強支護

對原主運、回風和輔運大巷與8#聯巷交叉位置前后及巷道抹角處進行補強支護。在3條大巷推進方向前后分別打3排φ21.8 mm×9 500 mm頂錨索，每排3根，共45根。錨索間排距為2 000 mm×2 000 mm，如圖5所示。

圖5 大巷頂板支護示意Fig.5 Roof support of main roadway

為保持大巷巷幫的完整性，使其在回采時具有良好的支撐性能。在距8#聯巷100 m時對大巷煤柱進行補強支護。幫錨桿使用玻璃鋼錨桿φ18 mm×2 000 mm，配合使用規格為120 mm×8 mm的高強過塑托盤，幫網使用全塑網12#/10 200×3 200/50×50 mm，聯網采用14#鉛絲雙絲雙扣雙道聯接，聯網間距≤200 mm。支護示意圖如圖6所示。

圖6 大巷巷幫支護示意Fig.6 Side support of main roadway

3 過空巷工藝

3.1 調壓

為避免貫通時大面積來壓，頂板下沉造成生產事故，在工作面回采過程中詳細記錄來壓情況，每日由生產班班長填寫礦壓記錄，其中包括來壓范圍、來壓強度、來壓步距等其他一切能反映工作面礦壓顯現特征，統計礦壓規律。根據來壓情況，采用等壓、讓壓等方式，保證貫通時避開周期來壓。通過分析過8#聯巷前正常回采(生產班每班6刀煤以上)時的礦壓現象發現，工作面來壓步距約10.4 m、帶壓步距5.0 m。工作面距8#聯巷不同位置處支架平均工作阻力變化如圖7所示。在距8#聯巷8 m位置處開始等壓一個圓班(24 h)，繼續推進2 m開始來壓，持續4 m來壓結束，至貫通時，工作面整體處于無壓狀態，證明壓力控制效果顯著。利用停產等壓時間，全面檢修三機、煤機等影響生產的機電設備，對問題設備和電纜進行更換，保證機電設備以完好的狀態通過8#聯巷。

圖7 工作面支架平均工作阻力Fig.7 Average working resistance of support in working face

3.2 定層位

為避免貫通時頂板來壓，下沉量和下沉速度急增，造成無法通過煤機和壓壞支架[7-9]，確定在工作面8#聯巷貫通前采用底板沿夾矸推進。頂板基本不留或少留頂煤方式推進，工作面整體采高達到5.0 m以上。即使在貫通時及貫通后頂板大面積下沉，工作面采高也有足夠的余量通過煤機。按照原制定層位貫通方案，貫通時工作面頂板基本與8#聯巷頂板平行，頂板臺階普遍在200 mm以內，工作面采高基本在4.8 m以上，整體層位貫通效果良好。

3.3 調斜

因8#聯巷與工作面平行，為避免貫通時，頂板沿支架頂梁前方切落，進而造成大面積冒頂事故[10-11]。工作面推至機頭前對工作面推進方向進行調斜，使工作面煤壁與機頭軸向呈一定夾角，工作面從機尾一端向另一端逐步揭露，支架逐段挑住頂板，以減輕頂板來壓強度，保證工作面能夠順利通過空巷，圖8為調斜原理示意圖。其中DF為工作面長度，239.7 m；AB、EF為工作面每刀推進距離，0.8 m；AD為調斜后機尾超前機頭長度，BC、GF為每刀貫通空巷的長度。根據相似三角形原理，ΔABC∽ΔADF，則

(1)

圖8 調斜示意Fig.8 Sketch of inclination adjustment

根據機尾超前機頭長度與每刀工作面貫通長度的關系，計算得出調斜貫通長度見表1。因8#聯巷全長139.5 m，確定采區機尾超前機頭6.4 m，每刀貫通29.96 m的方式進行調斜，8#聯巷分5刀被貫通。

表1 調斜貫通長度

4 結論

(1)選用挑頂+充填+木垛+錨網索的支護方式可滿足對8#聯巷的支護需求，回采時鐵器(錨桿、錨索)不會進入煤流損壞設備，保證了工作面快速通過8#聯巷。大巷幫頂提前補強支護，保證了空巷交叉等懸頂面積較大部位的頂板穩定性。

(2)實踐表明，采用調壓、調斜、定層位等方式是一種安全高效的過空巷工藝，可以為本地區類似地質條件工作面過空巷提供一定參考。