厚煤層大采高綜采工作面過空巷技術研究

曹海飛

（山西焦煤汾西礦業水峪煤業綜放隊，山西 孝義 032302）

0 引言

空巷是開采設計變更或者小煤窯無序開采遺留的廢棄巷道，綜采工作面過空巷時在采動、超前支承壓力等疊加影響下容易導致空巷頂板下沉、巷幫收斂等情況，采面與空巷貫通期間容易誘發大面積冒頂、壓架等問題，制約煤炭回采[1-2]。眾多學者提出采用高水材料充填、注漿加固、錨網索支護、架棚支護等多種空巷加固措施，現場取得一定效果[3-5]。山西某礦受開采設計變更影響，導致15307 綜采工作面內存在有廢棄空巷，文中就以該采面過空巷為工程背景，對采用的過空巷技術進行分析探討。

1 15307 綜采工作面概況

15307 綜采工作面設計傾向長為180 m、推進長為1450 m，開采15 號煤層，煤厚4.7 m，15 號煤層賦存穩定，傾角5°～8°，頂板以粉砂巖、砂巖及泥巖互層為主。15307 綜采工作面內布置MXG-350 采煤機割煤、SGZ-764/320 刮板輸送機運輸、ZY9000/25/50D液壓支架管理頂板。15307 綜采工作面開采范圍內存在有廢棄空巷，該空巷進入到采面內深度為45 m，空巷巷寬5.0 m、巷長4.5 m，采用錨網索支護。具體位置關系如圖1 所示。

圖1 采面與廢棄空巷位置關系

采面開采范圍內存在廢棄空巷不僅會制約回采效率而且在過空巷期間存在較大的安全風險。面臨的主要問題包括空巷內瓦斯集聚、礦壓異常顯現導致直接前移困難、懸空面積大導致頂板冒落、采面底板與空巷底板不在一個水平面上等。因此應根據15307 綜采工作面現場情況針對性制定采面過空巷技術方案，以便實現采面安全高效回采。

2 采面過空巷技術

2.1 強化瓦斯治理

1）在采面過空巷前通風部門組織人員安裝局部通風機，打開空巷原有密閉對空巷內積聚瓦斯進行排放，并確保空巷可正常通風。

2）嚴格保證空巷內及采面供風量，強化瓦斯檢測及管理，只有空巷內風流保持穩定且瓦斯濃度降至0.5%以內時，方可允許作業。若瓦斯超限時則即可停止作業并撤出工作人員。

3）揭露空巷后暫時停止割煤，待整個通風系統保持穩定后采煤機方可繼續割煤。

2.2 空巷圍巖加固

待通風部門排出空巷內瓦斯后，采用高水充填支柱對空巷頂板進行支撐，確保采面回采期間空巷頂板穩定。充填支柱施工期間，采用的充填材料應具備強度高、凝結速度快優點，可實現空巷頂板及時支撐。

2.2.1 充填材料

充填材料包括A、B 兩種組分，其中A 組分成分主要為硫酸鹽水泥熟料、添加劑等；B 組分成分主要為生石灰、石膏以及添加劑等。充填材料單組分具有較強的穩定性，可滿足遠距離泵送需求，充填材料水灰質量比可在（0.8～6.0）∶1 范圍內調節，滿足充填加固需要。具體充填材料性能參數如表1 所示。

表1 充填材料性能參數

在充填支柱施工時，要求充填材料凝結速度較快，以便實現快速支撐空巷頂板，避免充填材料凝結時間過長引起的倒包、鼓包等問題。根據現場情況，確定充填材料水灰質量比為1∶1，在該水灰比條件下可充填材料強度可滿足充填支柱支護圍巖需要，且材料消耗量控制在720 kg/m3，在滿足充填加固同時降低充填成本。

2.2.2 充填支柱施工參數

根據空巷空間分布情況，采用直徑為1 m 充填支柱控制空巷頂板，高度4.5 m，上部留100～300 mm 讓壓層，允許空巷頂板在礦壓作用下小范圍下沉，適當部分頂板壓力。空巷內充填支柱分兩排交錯布置，具體布置如圖2 所示。空巷靠近采面側位置充填支護與巷幫間距控制在500 mm、在遠離采面側位置充填支護與巷幫間距800 mm；充填支護排距為1700 mm、間距為1500 mm。在空巷內共布置60 個充填支柱，共計使用充填材料約91 m3。

圖2 充填支柱布置示意圖（單位：mm）

2.3 過空巷期間管理措施

在15307 綜采工作面接近空巷前，全面檢修采煤、運輸、支護等系統設備，更換易損壞部件，確保過空巷期間不出現機電故障，以便提高采面推進速度，減少空頂面積及時間，避免期間頂板冒落。在采面與空巷間距15 m 時，調整采面與空巷角度，采面回風巷一側加快推進速度、進風巷一側適當減緩推進速度，從而使得采面與空巷間形成5°夾角，具體見圖3，從而使得采面從最里側揭露空巷。采面調斜具有下述優勢：

圖3 采面調斜示意圖

1）通過采面調斜后，可實現采面逐段揭露空巷，采煤機每截割一刀即可向前推進0.55 m，揭露空巷6.3 m，采面割8 刀即可全部揭露空巷。

2）將調斜角度設計為5°，不會導致調斜角度過大引起的采面過長問題，同時刮板輸送機、液壓支架不會出現竄向機頭或者機尾，避免出現機組無法割透采面回采巷道兩側煤壁以及采面出現空頂問題。

3）采面可從最里側揭露空巷，以便形成全負壓通風，確保空巷可正常通風，避免空巷內出現瓦斯集聚。

3 現場應用效果分析

對采面過空巷期間空巷圍巖變形情況如圖4 所示。隨著采面與空巷間距不斷縮小，采動對空巷圍巖影響程度呈增加趨勢，空巷頂底板及巷幫變形呈不斷增加趨勢，其中巷道兩幫變形量較大、頂底板變形量則相對較小；當采面與空巷間距為10 m 時，空巷頂板、底板及兩幫變形量分別為178 mm、160 mm 及228 mm。采用充填支柱可實現空巷圍巖變形量有效控制，為采面過空巷創造良好條件。

圖4 空巷圍巖變形曲線

在15307 綜采工作面采用以充填支柱控制空巷頂板為核心的過空巷技術后，采面在過空巷期間綜采設備、采面頂板等始終保持穩定，采面耗時3 d 即通過該空巷。

4 結語

15307 綜采工作面一次開采高度大、采動礦壓顯現明顯，若采取常規錨桿索加固或者架棚加固方式時，容易出現空巷圍巖變形量大、頂板冒落等問題。依據現場情況，提出用充填支柱加固空巷，確保空巷圍巖穩定。

在采面過空巷前，通過強化瓦斯治理措施可將空巷內瓦斯濃度在安全范圍內，采用充填支柱可確保空巷圍巖穩定，采面調斜可降低一次揭露空巷面積并從里側揭露空巷。

現場應用后，采面耗時3 d 即可回采過該空巷，而且回采期間空巷圍巖、采面頂板及綜采設備等均始終保持穩定。