大倾角工作面平行过老巷关键技术研究与应用

匡中文，顾振宇，白长江，花文雷，吕 玉，柳洪杰

(1.河南煤业化工集团永煤公司城郊煤矿，河南永城476600;2.永城职业技术学院，河南永城476600)

城郊煤矿2805工作面里段北西为2218工作面(已采)，外段北西为二2煤层露头保护煤柱，西南为F4断层保护煤柱;东南为F16逆断层保护煤柱和F34断层，北为2804工作面 (已采)。工作面总体为单斜构造，里段煤层倾角较大，平均18°(局部达31°)，外段煤层相对平缓，平均15°。从工作面2条运输巷实际揭露情况看，工作面煤层稳定。

1 工作面过老巷概况

2805综采工作面在回采过程中，需过2805工作面1号、2号、3号、4号及5号联巷。2805工作面1号、2号、3号及5号联巷顶板支护方式为锚网带，锚杆选用φ20mm×2200mm高强锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，钢带选用3.6m长的M钢带，配合使用规格为150mm×100mm×12mm型M托盘，网为1m×2m的金属平焊网，并用锚索梁进行加固;帮部支护方式为锚网梯，锚杆选用φ18mm×2200mm高强锚杆，锚杆间排距均为750mm×800mm，矩形布置，从煤帮向外依次采用4m×1.4m的双抗网、1m×2m的金属平焊网、2.5m长的竖向钢筋梯 (用φ16mm的圆钢加工)和150mm×150mm×8mm的铁托盘。2805工作面4号联巷为锚网喷支护。根据相关施工资料显示，2805工作面3号、4号及5号联巷均沿煤层掘进;1号联巷机头方向13m为穿层巷道，穿入煤层顶板;2号联巷机头方向27m为穿层巷道，穿入煤层底板。其中2805工作面1号联巷和2号联巷与工作面倾向近平行。2805综采工作面过老巷期间，工作面两巷高差在57～63m之间，平均坡度17°，局部最大坡度达28°。以往工作面过老巷往往采取调斜的方式，避免工作面一次性揭露老巷范围过大，确保顶板支护安全。2805综采工作面受条件限制，由里段过渡到外段时，需调机头，回采方向以机尾为中心需旋转调整10°。在调整的过程中，带来了新的问题，即工作面接近与老巷平行通过(如图1所示)。由于老巷众多，交叉点也多，空顶面积大，应力集中。同时，轨道巷外为2218工作面采空区，保护煤柱宽度小，造成联巷间轨道巷超前压力显现剧烈，顶板支护存在众多不安全因素。

2 大倾角工作面平行过老巷安全技术措施

2.1 应力集中区应力环境改善

联巷与运输巷、联巷与联巷交叉位置为应力集中区，围岩及煤体内应力大于原岩应力，当超前支护压力区移动到该位置时，矿山压力显现明显，将造成顶板下沉甚至是漏顶等问题，应提前采取以下加强支护措施:

轨道巷660～628m工字钢架棚支护段采用单体支柱配合π型梁架倾向棚进行加强支护，棚距800mm±100mm，一梁三柱。轨道巷675～660m，628～613m，胶带运输巷675～727m段采用单体支柱配合π型梁架倾向棚进行加强支护，1号、2号联巷距轨道巷10m范围内，1号、5号联巷距胶带巷10m范围内采用单体支柱配合π型梁架走向棚进行加强支护，棚距600mm±100mm，一梁三柱。回采侧及煤柱侧单体支柱距帮200～600mm，单体支柱初撑力不得低于6.5MPa。

图1 工作面过老巷平面布置

胶带巷675～707m段绞架支护段采用单体支柱配合π型梁架倾向棚进行加强支护，棚距600mm±100mm，一梁两柱;当超前支护到该位置时，补齐中间柱。回采侧及煤柱侧单体支柱距帮200～600mm，超前单体支柱初撑力不得低于3.0MPa，端头单体支柱初撑力不得低于6.0MPa。

在1号联巷泵坑内、1号与3号联巷交叉口、2号与3号联巷交叉口、1号与4号联巷交叉口处各打1个木垛支护顶板。2号与3号联巷、5号联巷交叉位置悬顶面积较大，且存在三角煤柱，打4个木垛支护顶板。5号联巷内JD－25绞车处，因存在绞车硐室，造成该段空顶面积大，打2个木垛支护顶板。圆杂木直径不小于150mm，最下层圆杂木顺着巷道方向铺设，每层使用圆杂木的数量不少于2根，相邻的圆杂木使用双股连网绳捆绑，至少缠绕2圈。过老巷期间联巷加强支护如图2所示。

2.2 过老巷期间通风管理

过老巷期间，联巷内通风设施受压力作用极易损坏漏风，造成工作面风量减小。为避免风流短路，工作面风量不足，生产中根据工作面推进，及时与通风队调整通风设施，做好通风设施的维护和管理，保证了通风安全可靠，工作面正常推进。工作面揭露1号联巷20m前，拆除轨道巷与1号联巷交叉处调节风窗、1号与4号联巷交叉处调节风门，同时在1号联巷与胶带巷交叉口、2号与4号联巷交叉口附近构筑临时调节风窗，避免工作面风流短路。

图2 过老巷期间加强支护

工作面揭露2号联巷20m前，在2805胶带巷与2号联巷交叉位置采用直径152.4mm排水管导通，拆除密闭，恢复5号联巷与胶带巷间2号联巷内通风。拆除5号联巷内调节风门，同时在2号联巷与轨道巷交叉口、5号联巷与胶带巷交叉口附近构筑临时调节风窗，避免工作面风流短路。

2.3 轨道巷超前支护段维护

轨道巷临近2218工作面采空区，压力显现明显，顶板下沉，巷道帮部变形严重。当该段巷道进入超前区内后，巷道宽度1.7～2.4m，巷道高度1.8～2.2m，巷道高度、宽度无法满足安全生产需要。工字钢架棚支护段工字钢棚腿受压变形严重，支护效果差。针对这种情况，采取了以下措施:

(1)加密工字钢架棚段巷道支护。在原套棚间工字钢梁下加打单体支柱，并穿鞋 (木柱鞋和塑料柱鞋)带帽 (木托板)，保证支柱初撑力。

(2)增加走向棚。在中间排支柱向煤墙侧300mm处采用4m长π型梁和单体支柱架走向棚支护顶板，一梁三柱，棚梁与工字钢棚梁及π型梁垂直交叉，交叉处垫背木防滑。

(3)回采侧扩帮、煤柱侧刷帮。在回采侧扩帮500～800mm，在煤柱侧刷帮200～300mm，确保巷宽在2.6m以上。

(4)超前区内拉底。巷道底鼓段班班坚持拉底，由验收员落实，保证巷高在2.3m以上。

(5)支柱防倒、防崩管理。支设完单体支柱后，按标准挂好防倒绳，绑4道防崩管。防护措施到位后，人员方可进入超前区内作业。

2.4 保持工作面中部超前

大量现场实践、实验研究和理论分析表明:大倾角煤层走向长壁工作面开采中，沿倾斜方向矿压显现呈现出“先中部”、“次上部”、“再下部”的基本特征，具有时序性。直接顶、基本顶及高位岩层的运移规律具有时序性和不均衡性。倾斜方向中、上部区域内“三带”特征明显，且层位较高;倾斜下部区域内的顶板岩层没有明显的“三带”特征或“三带”形成的层位较低且不完整［1］。由于工作面接近平行过老巷，一次性揭露老巷范围大，为避免顶板在支架前方切断、冒落，使工作面中部超前1～3排，减小工作面前方顶板空顶面积。

2.5 保持一定采高

工作面采高控制在2.7～3m之间，当采高不够时，应卧底不可挑顶，防止采高不够造成工作面进入顶板，割到顶板锚索等，造成工作面推进困难，甚至是无法推进。

2.6 实测工作面剖面图与老巷剖面图比对

在过老巷期间，提前100m绘制老巷剖面图。距离老巷25m时开始每天绘制工作面剖面图，与老巷剖面图比对，适时做出工作面调整。

图3 工作面实测剖面图与前方老巷实测剖面图比对

2.7 及时处理老巷巷帮锚杆

平行过老巷期间，工作面一次性暴露大量锚杆，处理不及时将造成滚筒缠锚杆，运输机拉锚杆，威胁工作面人身安全。生产中使用液压锚杆剪，及时截断露出的锚杆头，并将剪掉的锚杆集中码放在胶带巷和轨道巷超前支护外。与此同时，在工作面每隔30架和刮板运输机机头处安排人员观察运输机槽内煤流，发现锚杆后，立即停机、打闭锁、停电取出锚杆，然后方可开机正常回采。

3 结论

(1)保证了大倾角工作面平行过老巷期间的顶板支护安全。在工作面一次性揭露大范围顶板的情况下，没有发生冒顶事故，保证了顶板稳定性。

(2)提高了工作面推进速度。通过该项目的实施，比矿预计通过老巷时间至少提前10d，按每天6刀煤，每刀煤500t，每吨煤500元计算，创造价值1500万元，经济效益明显。

(3)恶劣条件下保障了工人的人身安全。过老巷期间空顶面积大，工作面锚杆很多，两巷加固单体支柱钻底严重，职工在如此恶劣的工作环境下工作确保了人身安全。

通过该项目的实施，掌握了大倾角工作面平行过老巷的关键技术，保证了大倾角工作面平行过老巷推进期间的安全生产，为以后类似条件工作面的回采提供了宝贵的实践经验。

［1］谢盘石.大倾角煤层长壁开采覆岩结构及其稳定性研究［D］.西安:西安科技大学，2011.

［2］牛保炉，张益东，程敬义，等.大倾角双斜工作面岩移规律数值模拟研究［J］.中国煤炭，2011，37(4):59－63，68.