煤矿回采工作面过小煤窑破坏区顶板控制技术研究

郑凌斌

（山西汾西矿业集团公司高阳煤矿，山西 孝义 032306）

引言

山西省煤炭资源整合与重组过程中，由于整合前大部分小煤矿使用落后的以掘代采或房柱式采煤工艺，导致相当一部分煤炭未被合理规划开采，人为造成空巷、采空区等困难条件。正旺煤业11103 工作面受困于上覆大面积采空区，导致回采过程中矿压剧烈、顶板破碎、拉槽漏顶。

结合11103 工作面水文地质情况，摸清工作面基本矿压规律的基础上，采取积极主动的应对措施，最大限度地减小了不利影响，确保了工作面顺利停采回收。

1 正旺煤业11103 工作面概况

汾西矿业集团正旺煤业于2009 年7 月整合，2018 年10 月联合试运转通过验收。11103 工作面为正旺煤业一采区的第2 个工作面，开采石炭系太原组10 号、11 号煤层合并层，9 号煤层已被小窑开采，煤层平均厚度7.85 m，煤层走向西北、倾向西南，平均煤层倾角6°，煤层含2～4 层夹矸，煤层结构简单。老顶为石灰岩，直接顶为9 号煤底之碳质泥岩，直接底为铝质泥岩，煤层结构较稳定。

工作面断层、陷落柱发育，工作面西部约1/3 范围已被小煤窑破坏，该区域的小煤窑破坏区巷道已损毁，并且局部有积水现象，所以在回采前应提前对其进行探放。11103 工作面小窑破坏示意图如图1所示。

图1 11103 工作面小窑破坏示意图

2 11103 工作面主要存在的问题

11103 工作面受小煤窑破坏影响，主要存在的问题如下：横贯整个工作面的原小煤窑大巷就达6 条；工作面、两巷端头及超前支护段矿压显现，造成顶板破碎和下沉量、底鼓、片帮加大等现象；小煤窑破坏区、空巷内的有害气体容易发生安全事故。

3 11103 工作面过采空区技术研究

通过对工作面水文地质条件及受破坏影响的分析，要在确保安全的前提下，最大限度地开采煤炭资源，需解决好顶板控制、采空区防灭火、两巷防排水等难题，其中顶板控制尤为重要。

3.1 安全技术规范

1）由于空巷成巷时间长，围岩变形破坏剧烈，产生一定程度的下沉变形。因此工作面推进到空巷附近时需加强锚杆、单体支柱支护及其他支护措施。

2）维护过程中禁止人员进入未进行维护的空巷范围。煤机和支护段距离在10 m 时需要暂停作业，先完成煤机及前溜子的闭锁，按照“先支后回”的基础原则，对于影响煤机当前的支护材料完成回收。煤机割到这一位置时要求把牵引速度放慢同时走空刀使其可以和空巷支护范围保持契合。

3）工作面较小的煤窑破坏区主要使用“先探后采”原则，地测科需要及时地完成对水情及小窑空巷情况的勘察，及时上图，并编写探放水措施。工作面需要安排好充足的水泵和水管等排水设备。两巷水仓一定要配备两台排量保持在30 m3/h 以上的水泵，真正地做到“一用一备”，并配备13 cm（4 寸）排水管路。

4）工作面必须完善通风设施，实现均压通风。过采空区期间必须加强工作面通风管理，通风区要设专职瓦检员监测工作面有毒有害等气体情况，定期检查采空区及巷道漏风情况，发现有害气体超限时，及时采取有效措施，保证作业人员的安全。

5）工作面带班长和采煤机司机需要随身携带便携式瓦检仪和一氧化碳探测仪，以及氧气检测仪，一旦出现气体超标的情况则需要马上报警，并且暂停作业、汇报调度及完成相关人员的撤离。

6）日常抓好对工作面支架和支柱二次的补液，让支架当前的初撑力不能少于24 MPa、单体液压支柱当前的初撑力不能少于11.3 MPa。

7）工作面经过空巷的同时，需要强化对机电设备的有效检修，让工作面能够快速地推进。

3.2 开采技术措施

3.2.1 摸清矿压规律，合理使用超前支护架

工作面推进至采空区后，周期来压步距由原来的13.5 m 缩短至7.5 m 左右，且来压显现主要表现在工作面拉槽漏顶现象增多、超前支护段及前方约50 m 范围内巷道变形，底鼓严重。

工作面顶板，采取追机作业及时地带压拉架保障顶板，拉架时需要尽可能地少降并慢降，真正地实现快移，在破碎位置支架上方需要进行铺网，并且需要将其平行在工作面，设置两排规格处于Ф200/2×3 000 mm的一种棚板的带压拉架，完成金属网规格的铺设：尺寸为6 000 mm×900 mm 网格的尺寸需保持在40 mm×40 mm，网格的形式是经纬网，铺设的过程中需要使用长边完成对接，短边则采取搭接的方式，搭接的长度需要控制在300 mm，联网之间的距离不能超出250 mm。在前滚筒割完成煤层之后需要伸出伸缩梁护顶，追机打开护帮板的护帮。假如片帮的情况严重，需要对其进行二次拉架后让其断面距离保持在340 mm，并需要在支架前梁完成棚板的上挑及圆木的支护。

两巷顶板，主动延长两巷超前支护距离至100 m，尽可能保持顶板完好，减小巷道变形量。在延长超前支护的过程中，需要事先完成金属网的铺设，在每两个钢带或棚子中心的垂直巷道完成3.6（3.2）mπ型梁的架设（一梁三柱）或3.6 m 圆木（一梁二柱）支护，必要时选择棚板（规格Ф200/2×1 200 mm）或道木勾顶，让支架的接顶保持严密。原架设的U型棚梁若变形严重，失去支护效果，必须提前回收，并用单体支柱配合π型梁替代。取棚腿时一定要提前把顶梁完成支护后再去完成，严格按照“先支后回”的基础原则进行。单体支柱配合π型梁实际的形式是：3.6（3.2）m π型梁平行在巷道，将其按照两排完成布置，用π型梁的梁头完成所需要的对接（最大不能够超出100 mm），π型梁与两帮之间的距离需要保持在400 mm，保持一梁三柱，支柱与梁头之间的距离需要保持200 mm，柱之间的距离需要保持1 400 mm，并且全部套Ф300 mm 柱鞋。

超前支护架在推进过程中反复升降操作会造成顶板破碎、漏煤掉渣。煤渣清理不彻底，将无法保证超前架的行程，增加拉架的频率。届时可以使用超前拉架，并且把超前支护架提前拉出顶板条件并不是十分理想的区段，并使用迈步式的单体液压支柱去完成对支护架的替代，尽可能地降低对顶板造成的损坏，让其能够稳定推进。

3.2.2 调整工作面

需要适当完成工作面采高的调整（不得低于2.5m），让工作面当前的采高能够和空巷平缓过渡。采煤机割煤时要匀速缓慢作业，防止工作面上窜下滑。为了避免工作面整体一次性进入压力集中区，尽量将工作面与空巷调成伪斜，工作面调斜过程中，运巷一侧工作面要超前材巷一侧20 m 左右。

3.2.3 端头注射凝固剂

视顶板情况在工作面或端头处注射凝固剂，以确保顶板围岩稳定性。根据11103 工作面经验，以机头处超前10 m 左右注射效果最佳，每次注射量2～3 t，注射时随时监控顶板及煤壁注射情况，发生溢流及时调整角度或更换注射位置，确保注射质量。工作面做好顶板维护的情况下，一般不需要注射凝固剂。

3.2.4 规范使用支柱

必须为支设的所有单体液压支柱配套柱鞋，并在所有支柱上挂设合格的防倒链，保证支柱、工作面支架初撑力达到规定要求，支架接顶严密。

3.2.5 其他措施

为了顺利通过小煤窑破坏区，要针对老空积水采取预测预报，以先治后采的原则，编制具体的探放水设计及安全技术措施，保证工作面排水系统完好；针对有毒有害气体，要在加强工作面通风管理的同时，编制封堵设计和均压通风系统设计，并且使用封堵漏风及均压通风完成对采空区有毒有害气体的控制；加快回采推进速度，并采取向采空区喷洒阻化剂、煤层注水等措施，防止煤层自燃发火；在正常回采过程中采取边采边注氮的开放式注氮防灭火。

4 收效及总结

通过实施针对性的安全技术措施及科学合理的回采工艺，11103 工作面的回采工作得以圆满完成。其中，优化顶板控制方式、灵活调整工作面推进度、优化超前支护段、在端头注射凝固剂、均压通风系统控制采空区漏风等综合创新回采工艺，为类似受破很大的推广价值和应用实效。