煤峪口矿下分层采煤工作面开采技术的研究与应用

张 斌

（大同煤矿集团有限责任公司，山西 大同 037003）

0 引言

分层开采作为一种相对特殊的煤炭开采方法，其下分层工作面开采工艺工序的复杂程度远高于一次性采全高开采。随着煤峪口矿数十年的持续开采，矿田资源日益枯竭，如何利用分层开采技术尽可能回收煤炭资源成为煤峪口矿必须研究的问题。在实际工作中，采取有效方式布置下分层采煤工作面，设计合理的巷道支护形式，采取多措施的通风管理和安全管理，是保障下分层安全开采的必要手段。

1 工作面概括

11-12号层307盘区现阶段为煤峪口矿主采盘区之一。煤层走向近似N W-SE，倾向N E，倾角2°～5°，煤层厚度4.2～7.96 m；分上、下2个分层，上分层为8701工作面，采高3.2 m，于2001年开采，现布置下分层8705工作面并对其进行回采。

考虑现场实际情况，同层东北为11-12号层8703采空区，面间煤柱距离34 m，分层开采，上分层于2007年开采，采厚3.2 m，下分层于2013年开采，采厚2.2 m；上覆西部为11-12号层8703采空区，与8701面间煤柱18 m，于2019年开采，采厚3.2 m。

另外，受上分层工作面采动影响，顶板已经经历初次来压与周期来压，且经过十数年的时间，煤层的老顶也已基本稳定。预计在下分层开采过程中，工作面的矿压显现不明显。但是由于下分层的顶板为顶煤及再生顶，破碎程度大，破碎的顶板必然给掘进、通风、回采等造成综合性的管理困难。尤其在回采过程中，顶板往往很难控制，会出现顶板局部漏顶、顶板随采随冒、回关门柱时破碎的岩石易窜入工作面等，从而给安全生产带来一定的安全隐患。

2 下分层采煤工作面设计方案

2.1 下分层工作面布置

为使得巷道易于掘进维护，11-12号层307盘区下分层8705工作面布面方式采用与上分层8701工作面采空区内错布置，距上分层工作面煤柱8～10 m布置2条顺槽，使工作面煤柱加大，巷道在采空区下方掘进，回避了上方煤柱的水平应力集中区域，容易掘进和维护，也利于回采期间两巷的维护与顶板控制。工作面布置如图1所示。

图1 11-12#层307盘区8705工作面与11#层层间对照图

2.2 巷道支护

两巷上覆顶煤平均约为2.5 m，顶煤半亮，玻璃光泽，煤质较硬，容重1.37 t/m3，单轴抗压强度10.2～20.5 MPa,普氏岩石坚固性系数1.05～2.05。再生顶厚由垮落岩石胶结形成，单轴抗压强度和普氏岩石坚固系数较小，破碎程度较大。为保证采掘期间两巷顶板控制稳定，采取以下技术措施：5705巷长706 m（其中正巷588 m），沿煤层底板掘进。0～520 m上覆为11-12号层采空区，巷道施工为拱形断面，规格：4 500×3 000 m，采用U29可缩型支架和金属网联合支护，棚距1 m；5705巷520～706 m上覆为实煤，巷道施工为矩形巷道，规格：5 000 mm×3 000 mm，采用锚网索联合支护，每1 m施工1组W型钢带，锚索每3 m施工2根，间距3.5 m。

2705巷长706 m，沿煤层底板掘进。2705巷0～506 m上覆11-12号层采空区，巷道施工为拱形断面，规格：4 500 mm×3 000 mm，采用U29拱型棚和金属网联合支护；506～706 m上覆实煤，巷道施工为矩形巷道，规格：5 000 mm×3 000 mm，采用吊梁、金属网、喷浆联合支护，工字钢梁每1 m吊挂1根。

为保证两巷顶板完整性，减少局部漏冒顶事故。两巷加强背顶管理，在顶板破碎区域（头巷600～620 m、300～340 m），先铺设塑编网，搭接完好，然后再铺设板皮，减少顶煤破碎漏煤。在顶煤厚度低于1.5 m的区域（头巷210～270 m、尾巷160～250 m），注射马丽散粘结剂固定顶煤，保证顶板完整，并进行喷浆处理，避免破碎顶板进风引发采空区火灾。

2.3 切巷施工

因工作面顶煤厚度平均为3.4 m，最薄处约为1.6 m，采取传统的大断面施工法开掘工作面切巷会导致巷道跨度大，顶煤受荷载压力破碎给切巷维护造成重大难度，也存在上覆采空区有害气体下泄的安全隐患。综合考虑后，我矿采用二次施工法掘进切巷。即由机掘队先开掘切巷初始断面（巷宽4.2 m），然后由工程队采用减小装药量的方式并配合人工装渣完成切巷壁龛（长18 m、深1 m）的施工。

在初始断面完成并支护完好后，由综采队进行二次刷大断面。支护形式采用紧追机组支设4 m工字钢梁，迈步式前探前移的方式刷出整个断面。

3 通风管理

3.1 上隅角瓦斯抽采

上分层11-12号层采空区甲烷浓度为0.15%～0.70%，二氧化碳浓度为3.32%～9.24%。由于层间距较小，回采期间受采动影响可能出现顶板裂隙发育或与上覆采空区连通，导致上覆采空区内的瓦斯、二氧化碳等气体下泄至8705工作面，造成8705工作面出现瓦斯超限、上隅角出现低氧现象。为防止上分层有害气体下泄，在5705巷掘进完毕等待贯通期间，采用在5705巷敷设瓦斯抽放管路，对5705巷进行封闭并巷抽有害气体，超前治理上分层气体下泄安全隐患。在回采期间采用选取上隅角瓦斯抽采方法，在11-12号层5705巷布置抽采管路，在距上隅角80 m处布置600 mm的风筒使其与铺设在5705巷的抽采管路相连，利用井下移动式瓦斯抽放泵对11-12号层8705工作面上隅角有害气体进行抽采。

3.2 注氮防灭火

回采期间，在2705巷280～340 m施工6组顶板穿煤注氮钻孔，孔距5 m，全天不间断进行注氮防灭火，预防上分层采空区遗煤自燃。

4 安全管理

回采期间，严格执行“追机移架”制度。在顶煤裂隙发育、破碎的情况下，及时采取超前带压移架措施。保证工作面“三直两平两畅通”，支架接顶严实，相邻支架顶梁平整，无明显错差，支架不挤、不咬；支架端面距不大于300 mm。

回采期间，随时观察工作面顶煤壁及顶板情况，发现有片帮或顶板破碎问题，及时采取预注马丽散安全措施，保证顶煤稳定性。在工作面回采至顶煤厚度低于1.5 m区域，适当调整工作面采高，加强工作面机电设备检修管理，迅速通过顶煤变薄区域。

合理制定两巷U29可缩型支架回撤计划，采煤机前（后）滚筒割至距端头5 m且巷道支护距工作面煤壁≤0.5 m时，在头、尾“三角”区顶板完整的情况下方可回撤第一排（工作面煤壁处）支架第1、2节棚腿(里煤帮侧），其余3节采用在其下方支设单体或架设迈步抬棚将其固定，待这3节棚腿过支架切顶线后再进行回撤，且必须坚持“先支后回”原则。

在综采工作面头、尾三角区域加强支护，两巷端头采用抬棚支护（6 m钢梁）一端支设1根单体，另一端与完好U型棚用卡栏固定，并在U型可缩型支架人行侧卡栏处支设单体，抬棚步距0.5 m，随采随移，具体如图2、图3所示。

图2 工作面煤壁-尾端头支护示意图

图3 工作面煤壁-转载尾端头支护示意图

5 结语

采取该套分层开采技术体系布置的下分层工作面，顶板稳定易控制，消除了上覆气体泄漏等隐患，可实现下分层工作面的快速布置，安全效果好。促进矿井安全生产，增加了煤峪口矿资源回收量，产生巨大的经济和社会效益，具有广阔的推广应用前景。