采煤工作面過平行空巷支護及管理措施研究

高國登

（山西汾西正令煤業有限責任公司，山西 孝義 032300）

引言

當煤層復采或者存在開采設計變更時，回采空間內常見廢棄空巷，從而給煤炭回采帶來一定的制約[1-2]。回采工作面回采過空巷期間礦壓顯示、應力分布等與實體煤等有明顯差異，常出現頂板冒落或煤壁片幫等問題，不僅制約煤炭正常回采，而且給采面回采帶來安全威脅[3-5]。現階段采面過空巷常見技術包括空巷充填、單體或者木垛支護頂板、空巷圍巖注漿等方式，其基本原理是強化空巷圍巖支護，確保采面回采期間空巷圍巖穩定[6-7]。山西某礦3506 綜采工作面回采范圍內存在平行于采面的空巷，為確保采面回采安全，提出采用木垛、單體、錨桿索等組合方式對空巷圍巖進行支護，不僅可確保采面回采過空巷期間圍巖穩定，而且實現了煤炭高效回采，研究成果還可為其他礦井類似情況下采面過空巷提供經驗借鑒。

1 3506 綜采工作面概況

3506 綜采工作面回采3 號煤層，煤層厚度均值3.5 m，賦存穩定，地質條件較為復雜，頂底板巖性以粉砂巖、泥巖為主，裂隙較為發育。3506 綜采工作面設計走向長度230m、傾向長度220m，開采高度3.5m，采面采用MG750/1860-WD 采煤機、ZY6800/19.5/4支架、SGZ-1000/1400 刮板輸送機，采面東側為采空區，西側及北側均為實體煤，南側為采區集中軌道、運輸等巷道。

受到采區開采變更影響，在采面回采空間內存在平行于切眼的空巷，具體分布如圖1 所示。采面空巷斜長為235 m，斷面為矩形（凈寬4.0 m、凈高2.8 m），巷道采用錨網索支護方式，其中頂板、巷幫錨桿規格均為20 mm×1 800 mm，間排距均為900 mm、850 mm。為確保采面回采過空巷安全，需對空巷圍巖進行補強加固。

圖1 采面與空巷位置關系示意圖

2 空巷補強加固方案

3506 綜采工作面內空巷存在支護強度低、圍巖變形嚴重及年久失修等問題，當采面回采接近空巷時在采動壓力作用下空巷容易出現頂板冒落、支護體系失效等問題，增加采面頂板控制難度，極容易引發安全事故。因此，采面在回采過空巷期間需對圍巖進行補強加固。

2.1 單體、木垛組合加固

在3506 工作面與空巷間距150 m 時即開始啟封空巷，并采用局部通風機為空巷通風，確保空巷內有毒有害氣體及時排出。為確保空巷在超前壓力影響下圍巖穩定，在空巷原有錨網索支護體系基礎上，采用木垛、單體等對空巷頂板進行補強。采用的單體每排布置4 根、單體間排距為1 500 mm、1 500 mm，兩側單體與巷幫間距均為250 mm。空巷內采用直徑16 mm、長度2.0 m 圓木組成木垛對頂板進行支護，木垛間隔為6.0 m。具體采面空巷內木垛、單體支護布置如下頁圖2 所示。

圖2 空巷內木垛、單體支護布置示意圖（單位：mm）

2.2 錨桿索補強支護

在對空巷采用單體、木垛等對頂板進行支護后，依次檢查空巷內頂板、巷幫變形情況及巷道內錨網索支護體系穩定性。對空巷局部圍巖變形嚴重或者錨網索支護體系失效區補打錨桿索對圍巖進行加固。

由于采面上下端頭區域為應力集中區，為確保采面回采推進過空巷期間空巷兩端圍巖穩定，需要重點對空巷與采面回采巷道交匯區進行補強加固，具體補強加固范圍為空巷與回采巷道內各15 m。在空巷與順槽交匯位置，對空巷及回采巷道原有錨桿索中部施工與原支護體系相同的錨桿索，間排距與原有支護體系錨桿索間排距一致。通過加密錨網索布置實現強化圍巖支護的目的。

3 采面過空巷管理措施

3.1 采面調斜布置

由于空巷與采面間夾角較小，為減少采面一次揭露空巷斷面，確保過空巷期間頂板及巷幫煤體穩定，對3506 工作面適當調斜。根據采面礦壓監測結果，發現上端頭位置較下端頭礦壓顯現明顯，采用上端頭超前下端頭方式過空巷。受到采面內綜采設備性能影響，采面調斜角度不宜過大，在采面與空巷相距35 m 時開始對采面進行調斜，采用“尾三頭一”方式割煤（即機尾位置割3 刀、機頭位置割1 刀），確保機尾超前機頭20 m。

采用MG750/1860-WD 型采煤機，截割深度為800 mm，采面每割一刀預計揭露約10 m 空巷。在采面回采過空巷期間必須確保刮板輸送機、液壓支架等平直。采面回采過空巷后采用“頭三尾一”方式割煤，及時對采面傾斜角度進行調整，確保采面與回采巷道垂直。

3.2 采面液壓支架移架管理

在采面揭露空巷時，作業人員采用已布置的測點對空巷圍巖變形進行監測，嚴禁人員進入空巷內。同時在回采過空巷期間應科學制訂施工計劃，確保采面可連續生產。在過空巷期間各工種應密切配合，液壓支架移架應緊跟采煤機，確保間距在2 m 以內；液壓支架采用帶壓移架方式，支架移動到位后初撐力控制在24 MPa 以上，并及時伸出前探梁對頂板及煤壁等進行支撐。

4 現場應用效果分析

1）在3506 工作面過空巷期間采用YHY-60 工作阻力監測儀監測支架工作阻力變化，結果通過通信系統傳輸給礦壓監測部分，以便進行分析處理，確保采面后續生產安全，具體支架工作阻力監測結果如圖3 所示。從圖3 中可看出，采面在與空巷間隔25 m 時礦壓顯現明顯，上端頭及采面中部礦壓較大、下端頭礦壓顯現不明顯；在采面與空巷間隔5 m時采面部分液壓支架及空巷內布置單體支柱出現一定下沉問題，下沉量整體較小。

圖3 過空巷期間支架工作阻力監測情況

2）在3506 工作面采用單體+木垛、錨桿索等組合方式對空巷圍巖進行補強，可降低采面回采動壓對空巷的影響，確保采面回采安全。采面耗時8 d 通過空巷影響區，期間未出現頂板錨索或者煤壁片幫等問題，采面及空巷頂板始終保持穩定，現場采取的過空巷技術措施及頂板管理措施取得較好的應用成果。

5 結論

1）3506 工作面回采期間，采面回采范圍內的空巷是影響采面回采安全的主要因素，在以往研究成果基礎上并結合采面與空巷位置關系，提出采用單體+木垛+錨桿索補強方式對空巷圍巖進行加固，并制定采面過空巷期間管理措施。

2）現場應用后，3506 工作面耗時8 d 通過空巷影響區，期間未出現冒頂、片幫等問題，采面礦壓顯現正常，現場應用取得較好效果。