楊向浩，陳廣帥

(1. 霍州煤電集團(tuán) 辛置煤礦，山西 霍州 031400； 2. 霍州煤電集團(tuán) 技術(shù)研究院，山西 霍州 031400)

綜采工作面回采推進(jìn)過程中經(jīng)常會遇到通過老舊空巷的技術(shù)難題，遺留老舊空巷因長時間密閉通常造成原有支護(hù)實(shí)效，頂板破碎下沉、巷道變形等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，因此在過遺留老舊空巷過程中如何實(shí)現(xiàn)空巷頂板的有效管控是關(guān)鍵。工作面頂板控制的難易程度與空巷寬度、空巷冒落空間幾何尺寸以及空巷交匯角度有關(guān)，最困難的情況是工作面與空巷平行[1]. 張自政[2]通過采用高水材料充填空巷的方法，保證了空巷頂板的穩(wěn)定性。曹義勇[3]通過在西曲礦過空巷實(shí)踐中加注馬麗散的方法，提高煤體自承力，控制巷道頂板垮落。鄭文翔[4]通過對空巷頂板穩(wěn)定性分析，認(rèn)為當(dāng)工作面距空巷距離大于50 m時，巷道頂板穩(wěn)定性不受采動影響。謝生榮等[5]提出了在過空巷合理的時空節(jié)點(diǎn)上采用停采等壓、注漿固結(jié)修復(fù)等綜合控制技術(shù)，解決了綜放工作面過空巷的相關(guān)技術(shù)難題。雖然通過加強(qiáng)空巷頂板支護(hù)強(qiáng)度能夠提高頂板穩(wěn)定性，但投入成本及工時消耗較多，如何在控制成本的前提下高效快速通過老舊空巷仍是急需解決的難題。同時，長時間遺留的空巷在巷道變形和巷修過程中，造成巷道頂?shù)装迮c煤層頂?shù)装逯g存在一定落差，如何實(shí)現(xiàn)綜采工作面過老舊空巷時的平穩(wěn)過渡是急需解決的又一技術(shù)難題。

1 概 況

以某礦2-109 A綜采工作面過平行于切巷的老舊空巷為例，研究探討綜采工作面如何安全快速通過底板空巷。2-109 A綜采工作面位于該礦一采區(qū)中部，地應(yīng)力測試表明，單軸抗壓強(qiáng)度為20～40 MPa，屬高應(yīng)力區(qū)。

1.1 工作面概況

2-109 A綜采工作面走向長度975 m，切巷長度52 m，煤層厚度4.1 m，煤層傾角2°～10°，直接頂為泥巖、砂泥巖，厚度為0～7.5 m，基本頂為K8中細(xì)砂巖，厚度為6～8 m，底板為泥巖、中砂巖。

1.2 空巷情況

所過空巷為矩形巷道，巷道寬度3.5 m，高度3.6 m，巷道長度52 m，工作面所需通過空巷與工作面切巷平行，原有支護(hù)形式為錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式。2-109 A工作面示意圖見圖1.

1.3 存在問題

1) 由于空巷密閉時間較長，造成巷道圍巖壓力顯現(xiàn)，巷道頂板下沉變形，底板鼓起，兩幫出現(xiàn)不同程度回縮，部分區(qū)段頂板破碎嚴(yán)重，出現(xiàn)錨桿、錨索失效現(xiàn)象。

圖1 2-109 A工作面示意圖

2) 運(yùn)輸巷煤層底板標(biāo)高高于空巷巷道底板標(biāo)高3 m，推進(jìn)過程中如沿煤層底板推進(jìn)，在運(yùn)輸巷揭露空巷時，工作面切巷底板將高出空巷底板3 m.

2 工作面推進(jìn)過程中對空巷圍巖影響分析

采用3DEC數(shù)值模擬軟件，根據(jù)2-109 A工作面具體地質(zhì)條件建立數(shù)值模型。沿工作面走向方向，模型長80 m；沿工作面傾向方向，寬1 m；沿垂直方向，高40 m. 根據(jù)工作面地質(zhì)條件，設(shè)定2-109 A工作面底板距離空巷底板垂直距離為3 m，分析工作面推進(jìn)過程中底板空巷圍巖穩(wěn)定情況，通過數(shù)值模擬計(jì)算，2-109 A工作面推至水平方向上距離空巷左幫20 m、10 m、5 m、0 m時空巷圍巖變形及應(yīng)力情況見圖2，圖3.

圖2 工作面迎頭水平距離巷道左幫15 m、5 m、0 m時圍巖位移情況圖

圖3 工作面迎頭水平距離巷道左幫15 m、5 m、0 m時圍巖垂直應(yīng)力分布情況圖

由圖2和圖3可以看出，當(dāng)工作面推至水平距離空巷左幫15 m時，空巷頂板中部開始出現(xiàn)明顯破壞，巷道頂?shù)装寰霈F(xiàn)明顯的塑性區(qū)，變形較大。隨著工作面的推進(jìn)，空巷頂?shù)装逅苄詤^(qū)面積不斷擴(kuò)大，工作面推至水平距離空巷左幫5 m時，空巷頂板出現(xiàn)大范圍的塑形破壞區(qū)，塑形破壞區(qū)深度在4～4.5 m，1～1.5 m內(nèi)頂板開始逐漸破壞垮落。工作面推至空巷左幫頂部時，空巷頂板出現(xiàn)大范圍的變形、垮落。

由數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，若工作面沿煤層一直向前推進(jìn)，當(dāng)工作面推至空巷左幫上部時，空巷頂板已經(jīng)處于不充分垮落狀態(tài)。此時，工作面底板與巷道底板垂直距離為3 m，巷道底板上散落著頂板掉下的浮矸，致使工作面采煤機(jī)與支架無法通過，而且存在空頂作業(yè)的風(fēng)險。所以要采取必要的措施，重新規(guī)劃采煤工藝，保障工作面在安全生產(chǎn)的前提下正?；夭伞?/p>

3 工作面過空巷技術(shù)措施

3.1 加強(qiáng)空巷支護(hù)強(qiáng)度

在工作面距離空巷100 m，空巷頂板未受采動壓力傳遞影響前，使用方木在空巷支設(shè)木垛，在頂板離層破碎處采用補(bǔ)打錨索等方法提前進(jìn)行支護(hù)，保證空巷支護(hù)強(qiáng)度，有效防止空巷頂板在受到采動影響下進(jìn)一步出現(xiàn)頂板離層下沉破壞?？障锬径庵гO(shè)示意圖見圖4.

圖4 空巷木垛支設(shè)示意圖

木垛緊貼巷幫交錯布置，每隔2.5 m搭設(shè)一木垛。搭設(shè)木垛所用方木為1 200 mm×180 mm×200 mm和1 200 mm×180 mm×200 mm的長方木，呈井字型搭設(shè)，在基本支護(hù)的下方順巷碼放底層，然后再垂直于巷道方向在底層上碼放第二層，按此順序一層一層地碼到接緊頂板為止。在靠頂板的二或三層間各角打好加緊楔子。在回采過程中，當(dāng)工作面揭露空巷時，對空巷支設(shè)木垛進(jìn)行逐步拆除回收，實(shí)現(xiàn)回采溜子順利推移，支架有效控頂。

3.2 工作面調(diào)斜

空巷在回風(fēng)巷口處超前運(yùn)輸巷巷口5 m，在工作面推進(jìn)過程中，根據(jù)工作面煤層傾向角度對工作面進(jìn)行調(diào)斜，使回采機(jī)尾超前5 m推進(jìn)，確保工作面在回采機(jī)尾處首先揭露空巷。采取工作面調(diào)斜的方式揭露空巷，能夠減小空巷揭露面積，同時有效防止推進(jìn)過程中回采溜子出現(xiàn)下滑，在回采機(jī)尾支架推移護(hù)頂后再逐步向前揭露，防止一次性揭露空巷造成空巷頂板大面積空頂引起頂板垮落事故。

3.3 加快工作面推進(jìn)速度

為確保工作面通過空巷期間順利推進(jìn)，防止工作面在揭露空巷后因發(fā)生機(jī)電事故造成工作面推進(jìn)停滯，空巷頂板長時間空頂暴露，引起頂板事故，在工作面揭露空巷前對工作面液壓系統(tǒng)、采煤機(jī)、回采溜子等核心設(shè)備進(jìn)行全面充分檢修，確保機(jī)電設(shè)備的完好運(yùn)行及生產(chǎn)組織連續(xù)性。在工作面揭露空巷后，有計(jì)劃地縮短設(shè)備檢修時間，加快工作面推進(jìn)速度，在工作面超前支承壓力未完全顯現(xiàn)釋放前順利通過空巷，緩和頂板變化，減小頂板下沉量。

3.4 工作面破底留頂煤

由于煤層賦存條件限制，空巷底板標(biāo)高低于煤層底板標(biāo)高3 m，如沿煤層底板推進(jìn)，當(dāng)工作面回采機(jī)頭處揭露空巷時，工作面回采溜子、液壓支架底座將處于空巷底板之上。因此，為確保工作面綜采設(shè)備平穩(wěn)安全過渡，在工作面推進(jìn)過程中提前對工作面留頂煤破底，逐步降低切巷底板標(biāo)高，同時提前在工作面?zhèn)溆玫滥?，在揭露空巷時如出現(xiàn)切巷底板標(biāo)高高于空巷底板標(biāo)高時，通過在回采溜子、支架底座下方墊設(shè)道木，填充浮渣，保證工作面回采溜子、液壓支架的平穩(wěn)過渡。

4 結(jié) 論

通過對高應(yīng)力條件下快速通過大斷面老舊空巷技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了開采技術(shù)創(chuàng)新在現(xiàn)場實(shí)踐中的成功應(yīng)用，有效延長了回采工作面長度，對于提高煤炭資源的開采率具有重要意義，同時在生產(chǎn)過程中積累了綜采工作面快速過空巷的經(jīng)驗(yàn)：

1) 通過提前在空巷內(nèi)搭設(shè)木垛，能有效防止空巷頂板在揭露前發(fā)生進(jìn)一步離層下沉，起到對空巷頂板的有效管控。

2) 當(dāng)工作面與空巷平行時，推進(jìn)過程中對工作面進(jìn)行調(diào)斜，使工作面逐步揭露空巷，減小工作面與空巷的交匯角度，防止空巷頂板巖層與工作面平行斷裂。

3) 通過提前對工作面機(jī)電設(shè)備及液壓系統(tǒng)的檢修，在揭露空巷期間加快工作面推進(jìn)速度有效緩和頂板變化，減小頂板下沉量，保證工作面順利通過空巷。

4) 通過提前采用破底留頂煤的方式降低煤層底板標(biāo)高，使綜采工作面實(shí)現(xiàn)在空巷底板落差達(dá)到3 m情況下的平穩(wěn)過渡。