2#煤层回采工作面过空巷安全开采技术

刘永成

(山西煤炭运销集团巨开元煤业有限公司，山西 汾西 031500)

嘉阳煤矿是按照晋煤重组办发〔2009〕51号文件精神确定的兼并重组矿井巨开元煤业有限公司的主体保留矿井，在巨开元煤业有限公司基本建设期间过渡生产。矿井2010年新核定生产产能30万t/年，为低瓦斯矿井，2#煤层具有爆炸危险性。2－201回采工作面是嘉阳煤矿2009年晋煤重组工作前遗留的短壁炮采工作面，工作面空巷纵横分布较多，2010年矿井生产技术升级改造后为长壁高档普采面。

2－201高档普采面开采工程中，需要解决:空巷多、矿压大、难以支护问题;空巷造成通风系统复杂紊乱。在开采过程中，如果不能解决由空巷大面空顶引起的严重矿压问题，回采面将可能出现大面积冒顶事故;如果不能妥善解决空巷通风问题，将可能造成瓦斯浓度升高、煤尘堆积，继而引发瓦斯、煤尘恶性事故。因此，解决回采过程中空巷支护及通风问题，具有重大意义。

1 2－201回采工作面概况

1.1 工作面储量

2－201回采工作面属于走向长壁，可采走向长度310 m，工作面倾向布置长度为100～140 m，工作面平均采高1.85 m，可采储量8.8万 t。

1.2 煤岩层赋存及水文地质状况

1.2.1 煤层赋存

2#煤层结构简单、赋存稳定，平均倾角7°;硬度2.5 ～3，真密度 1.35 t/m3，煤种为 1/3 焦煤。

1.2.2 煤层顶底板

伪顶为黑色泥岩，约0～0.3 m，厚薄不一，硬度较低，性脆易冒落;直接顶为黑灰色泥岩，厚度2.4 m左右，岩层稳定致密，性脆、层理发育，回采后顶板能及时垮落;老顶为粉砂岩和泥岩互层，灰黑色，厚度8～9 m，初次来压步距为20～30 m，周期来压步距为10～20 m。根据顶板实际情况观察，属于Ⅲ类中等稳定顶板，来压不明显。直接底为灰黑色泥岩，夹2层煤线，厚度11.6 m，灰黑色，性脆块状结构，易断裂，遇水易发生底鼓，隔水性好，属较稳固岩石。基本底为灰白色细粒石英砂岩，层状结构，水平层理清晰，厚度 7.5 m。

1.2.3 围岩赋水状况

K8砂岩为顶板主要含水层，该层含水层在生产区域内裂隙不发育，赋水性不强。正常涌水量10 m3/d，最大涌水量15 m3/d。

1.3 工作面及两巷支护

1.3.1 工作面基本支护

工作面采用DZ－2200型单体液压支柱配合2.6 m π梁成对布置，铺设菱形金属顶网支护，对梁交错迈步棚式支护，全部垮落法管理顶板。支护参数:支柱初撑力≥11.5 MPa，工作面对梁五柱(超前梁下支设三柱，分别位于第一、二、三排道，间距0.6 m;滞后梁支设两柱，分别位于第二、四排道，间距1.2 m)，四排道管理，支柱布置排距0.6 m，机道1.4 m;对棚棚距0.75 m，对梁间距 0.25 m，对梁错距 0.6 m，移梁步距 1.2 m，端面距 0.2 m，最大控顶距 4.2 m。

1.3.2 端头支护

工作面机头、机尾均使用“五对十梁”支护，采用DZ－2500型单体液压支柱配合3.6 m π型梁成对布置。支护参数:支柱一梁三柱，超前梁下柱第一排与第二排为1.2 m，第二排与第三排为0.6 m，超前梁下的第一根支柱紧贴(机头、机尾)电机布置;滞后梁第一根支柱距电机90 cm布置。π型梁布置参数同工作面基本支护;π型梁必须将机头、机尾覆盖住。

1.3.3 超前支护

两巷超前支护采用DZ－2500型配合2.8 m π梁顺巷双排支护。支护参数:同排π梁首尾间距0.2 m，一梁三柱，支柱支护间距1 m;超前支护梁柱成对支设，支护长度不小于20～30 m。

1.4 技术装备

工作面采用MG170/410－WD采煤机落煤、SGB－630/220刮板运输机运输，顺槽铺设DGJ－800皮带输送机运输。机组端头斜切入刀，往返各一刀。

1.5 回采面通风状况

回采工作面基本通风方式“U”型通风，采用皮带顺槽进风，回风巷(轨道巷)回风;基本配风量430 m3/min。

1.6 空巷分布状况

工作面空巷共计19条，相互贯通联系，所有空巷总长1 083 m。其中与工作面平行4条，总长251 m;斜交13条，总长585 m;垂直2条，总长247 m。空巷平均宽度2 m，沿煤层掘进施工;巷内顶板基本没有支护，个别巷段采用木点柱支护;巷中积渣，局部巷段冒顶，对整个回采工作影响较大。

2 2#煤过空巷安全开采实用技术

2.1 顶板加强支护措施

1)采用锚网梁支护超前工作面30 m对逐条空巷加强支护。锚网支护参数:锚杆采用d20 mm×2 200 mm左旋无纵螺纹钢锚杆支护，锚杆间排距1～1.5 m，初撑力≥180 N·m。顶板铺设菱形金属网，金属网长边搭接100 mm，长边对接，每20 cm联一道;托梁规格:2 000 mm×80 mm，垂直于空巷布置。

2)与工作面垂直或斜交的空巷，在锚网梁支护后，再使用2.2 m单体液压支柱配合π梁二次支护。支护参数:2.6 m π梁顺巷双排成对支护，一梁二柱，柱距1.4 m，对梁距1 m，同排梁布置间距 0.2 m，单体液压支柱初撑力≥11.5 MPa，π梁与顶板间必须采用木板梁、构木背实刹严。

3)与工作面平行的空巷，在锚网梁支护后，必须用木垛二次支护:木垛采用1.2 m道木盘打，沿空巷布置，间距5 m;木垛与顶板间必须接实，确保足够初撑力。

2.2 安全开采技术措施

1)工作面在推进揭露空巷前10～15 m，必须提前对揭露空巷的工作面段局部调斜，调斜工作面段长度不小于20 m，使工作面与空巷成≥25°夹角，严禁大面积揭露空巷。

2)在揭露空巷的工作面段，上下各3～5 m范围内，必须加强支护。采用3.6 m π梁代替工作面正常支护的2.6 m π梁，同时缩小正常支护棚距为0.6 m，并把支护控制在三排道管理;该区段内支护的第一排支柱隔柱穿铁鞋，使初撑力足够，支柱迎山有力，防倒连锁齐全;该支护作业加强区段，随工作面推进，及时移动。2－201回采面揭露空巷图见图1，空巷工作面支护布置示意图见图2。

3)局部冒顶空巷，提前采用梁上架设木垛的办法维护，然后再推采过空巷。

4)空巷与工作面交叉处，除正常对棚支护外，若空顶面积≥0.5 m×0.8 m，必须加补带帽单体液压支柱支护。

5)与工作面夹角较小的空巷推采跨过时，空巷内全部采用木垛支护，机组直接割透。

6)采煤机割过揭露空巷的工作面段时，必须降低速度，配合工作面作业工序，及时移梁、尽快顶移工作溜子，使空巷内支撑支柱、π梁齐全有效的情况下，最终形成工作面正式支护形式。

2.3 过空巷通风管理

随工作面推进过空巷时，如果空巷内没有风流，就可能出现在瓦斯积聚区作业现象，所以给空巷配风是一项必须的工作。2－201回采面通风系统图见图3。

图3 2－201回采面通风系统图

1)空巷相互贯通联系是配风的必须条件。配风量多少由空巷设在回风侧调节大小来实现，根据井下实际操作经验，空巷内配备60～80 m3/min(空巷风速0.3 m/s)，调节断面500 mm ×600 mm，即能满足要求。

2)回采面“U”型通风路线:2－201皮带顺槽进风流→工作面→揭露的各条空巷或工作面→2－201回风巷回风流中。

3)回采面正常情况下配风400～460 m3/min，按需增加空巷数整体配风，一般配风空巷数控制在3条以内，这主要通过工作面局部调斜，分先后揭露工作面空巷数目来实现。回采面总风量一般控制在560～750 m3/min;回采面总风流控制，通过设在回风巷侧调节大小来调控。

4)工作面侧揭露的空巷设置栅栏，由当班瓦斯检查员把关:测定栅栏前瓦斯浓度，严禁人员进入，栅栏距工作面煤壁5 m。配风空巷的回风侧设置调风调节，禁止人员入内。其余不通风的空巷全部密闭。

5)回采面设立专用的设施台账，由瓦斯检查员负责，班班交接汇报，发现问题及时处理。

2.4 “U”型通风改为“W”型通风，推采过回风巷。

2－201回采面“W”型通风系统图见图4。

图4 2－201回采面“W”型通风系统图

由图4可知，当2－201回采面推至回风巷A点时，工作面将必须停止推进。但考虑到专用回风巷AB至停采线间仍有1.5万t资源，嘉阳过渡矿井资源枯竭，本着精采细采原则，推采过回风巷，具体技术革新方案如下:

1)推采过原回风巷AB，把垂直于工作面的中部空巷BC作为新回风巷，使2－201回采面原来的U”型通风改为“W”型通风。系统变化如下:

原系统2－201皮带顺槽进风→工作面或空巷回风→2－201回风巷。

现系统2－201皮带顺槽进风→左半工作面→中部垂直空巷→回风巷和2－201轨道联巷进风→右半工作面→中部垂直空巷→回风巷系统。

2)“W”型通风，左半工作面进风量由皮带顺槽所设调节的大小来确定，右半工作面进风量由2－201回风巷所设调节的大小来确定。左半工作面配风量 220 m3/min，右半工作面进风量配风量430 m3/min。

3)工作面中部垂直空巷作为回风巷，巷口压力集中，容易造成巷口积渣，堵塞通风断面。为此制定专项技术管理措施，回采队班班清理巷口积渣，确保回风断面不小于2.8(宽)×1.85(高)m2;采煤机停机时，不得停在回风巷口上下20 m范围内。

2.5 过空巷安全管理

1)过空巷期间，必须坚持矿长、科长、队长全程跟班制，现场指挥，把揭露空巷的工作面段当做重点来抓。

2)备齐备足过空巷期间所需的各种材料:包括坑木、单体液压柱、π梁(其中单体液压柱备用必须满足2.2 m采高，以备空巷冒顶区用)、拔柱器等。

3)安排有经验老工人专门进行空巷内维护工作，及时检查空巷内支护强度。与工作面斜交或平行空巷因矿压影响严重，威胁操作人员安全的空巷，由当班跟班矿长决定，是否再进行维护。

4)人员进入机道作业时，必须小心机道内顶板和煤壁支护安全、机道内工作溜和机组运行安全，防止顶板掉矸、煤壁片帮伤人，防止工作溜子和机组误动伤人。

5)做好空巷内有害气体防治工作，安排跟班瓦斯检查员定时巡检;安排专门测风员定期检查各条空巷配风量，确保空巷配风量、严禁人员进入空巷无风区。

3 过空巷安全开采技术分析

3.1 生产效益

嘉阳过渡矿井资源枯竭，精采细采符合嘉阳矿实情。2－201回采工作面可采储量8.8万t，原煤吨煤原始成本686.4万元，规费总计399.08万元，空巷维护额外费用55.54万元，吨煤单价按500元/t计算，总利润3 258.98万元，吨煤利润370.34元/t。通过技术革新，将“U”型通风改为“W”型通风，推采过回风巷，多回收资源1.5万t，增收利润555.5万元。

3.2 过空巷经验

2#煤层回采工作面，在小窑空巷分布较多的情况下，从根本上解决了支护和通风问题，最终实现了安全开采。关键技术及安全管理因素总结如下:

1)空巷超前支护，有效遏制了空巷内顶板条件恶化，把顶板下沉量由原来的600～800 mm，缩小为200～300 mm。

2)通过工作面局部预先调斜，使工作面与空巷夹角≥25°，使空巷揭露面积≤10 m2，给推采过空巷打下了基础。

3)将揭露空巷段的工作面支护，控制在三排道管理，并使2.6 m π 梁加长为 3.6 m，使揭露顶板及时支护。

4)施工工艺优化配合，降低采煤机割煤速度，配合顶溜、移梁工作，减少顶板空顶时间。

5)系统有计划地给揭露的空巷配风，抓好通防设施现场管理，是解决过空巷通防工作的关键。

6)利用垂直于工作面的空巷回风，跨采原回风巷，改变工作面的“U”型通风为“W”型通风，不但去掉回采面上隅角瓦斯积聚区，而且使原轨道巷回风流中电器设备改处于新鲜风流中。

2－201回采面过空巷安全开采，支护及时、缩小空顶面积、配足风量、管好通防设施、现场管理到位，为以后2#煤回采工作面安全开采积累了经验。

［1］国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［S］.北京:煤炭工业出版社，2011:27－40，56－91.

［2］张荣立，何国纬，李 铎.采矿工程设计手册［M］.北京:煤炭工业出版社，2003:993－1165，3198－3200，3206－3236.