大巷煤柱回收工作面过空巷工艺实践*

曹丹弟

(北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

采用布置综采工作面回收大巷煤柱需要经过年久失修或废弃的巷道，称为过空巷[1]。现阶段回收大巷煤柱工作面过空巷时采用的主要支护方案有木垛支护、单体液压支柱支护、充填支护等方案[2-4]，但综合经济因素和现场地质条件进行空巷改造并采取组合支护方案较少[5-6]。纳林庙煤矿二号井现阶段已经进入生产服务年限后期，矿井仅剩余最后一个回收大巷煤柱工作面，为了安全高效回采，有必要进行回收大巷煤柱过空巷工艺研究。

1 工程背景

伊泰集团纳林庙二号井隶属东胜煤田，可采煤层共3层，回采煤层6-2煤，煤层平均厚度5.7 m。煤质普氏系数f为1～3，6-2116综采工作面是伊泰集团纳林庙煤矿二号井的最后一个工作面，也是回收大巷煤柱工作面，工作面倾斜长度239.7 m、走向长度2 367 m，采用综合机械化一次采全高回采，设计采高5.5 m。工作面储量363.3万t。6-2116综采工作面东邻井底车场，西邻矿井边界煤柱，南邻6-2101至6-2110工作面采空区，北邻6-2115工作面采空区，上部为4-2煤层(间距约70 m)回采时需经过纵向贯穿工作面的6-2煤西翼3条大巷17条联巷和3个暗井。3条大巷从南到北依次为6-2煤西翼辅运大巷、6-2煤西翼回风大巷、6-2煤西翼主运大巷。大巷煤柱范围内另分布有17处原南翼综采工作面顺槽开口段空巷以及2条联络巷。

8#联巷与6-2116工作面平行，呈南北向布置，距工作面切眼562 m，北起原主运大巷，南至6-2116工作面辅运顺槽，全长139.5 m，原断面为矩形，规格为5.5 m×3.8 m，如图1所示。8#联巷与工作面对应关系为79～139#支架(机尾过渡架)。其中回风大巷正对59～61#支架；主运大巷正对79～80#支架；辅运大巷正对99～101#支架。

2 支护方案

8#联巷回采前采用挑顶+充填+木垛+锚网索的支护方案，并对原大巷帮顶进行补强支护。

2.1 挑顶

为保证工作面有足够采高通过8#联巷，在回采前对8#联巷进行挑顶，在不改变8#联巷宽度基础上，底板沿煤层直接底，规格改为5.5 m×4.8 m，如图2所示。

图2 挑顶示意Fig.2 Diagram of roof ripping

2.2 顶板支护

挑顶后对顶板重新进行支护，8#联络巷顶板支护使用φ18 mm×2 000 mm钢锚杆、φ6.5 mm钢筋网，φ17.8 mm×7 200 mm和φ21.8 mm×9 500 mm组合锚索以及W钢带组合支护，如图3所示。φ18 mm×2 000 mm钢锚杆，间排距1 200 mm×1 000 mm，配合使用规格为φ6.5 mm×2 500 mm×1 100 mm的钢筋网护顶。φ17.8 mm×7 200 mm锚索，间排距为3 000 mm×2 000 mm，φ21.8 mm×9 500 mm锚索配合5 000 mm 的W钢带，间排距为2 000 mm×2 000 mm，帮部2根锚索与顶板呈80°倾角，W钢带两端距贯通侧300 mm，距非贯通侧200 mm。

图3 顶板支护示意Fig.3 Schematic diagram of roof support

2.3 充填

对支护后的8#联巷进行充填，充填体材料采用以粉煤为主。选用PC32.5R型水泥与粉煤，煤与水泥重量比为1∶0.15，调制成充填膏体，水泥用量为0.24 t/m3。充填时，巷道底板至巷道3.6 m段使用防爆装载机搅拌砼，充填体最终普氏系数达到原位煤体普氏系数f为1～3，上部留有1.2 m空间用木垛接顶。

2.4 木垛接顶

由辅运顺槽向北40 m空巷内沿工作面推进方向共支设3排，第1排与第3排木垛边缘距巷帮为350 mm，第2排木垛沿巷道中心支设，3排木垛间距2 000 mm；如图4(a)所示。考虑到工作面中部较机尾位置处顶板压力和下沉量均较大，为增大工作面中部空巷顶板的支护强度，将自辅运顺槽向北40 m位置至主运大巷的空巷内木垛进行加密，第1排与第3排木垛边缘距巷帮为350 mm，第2排木垛沿巷道中心支设。3排木垛间距1 500 mm，且将第2排木垛由每层2根改为每层3根，均匀布置，如图4(b)所示。

图4 木垛接顶方式示意Fig.4 Method of wooden pile support

2.5 大巷补强支护

对原主运、回风和辅运大巷与8#联巷交叉位置前后及巷道抹角处进行补强支护。在3条大巷推进方向前后分别打3排φ21.8 mm×9 500 mm顶锚索，每排3根，共45根。锚索间排距为2 000 mm×2 000 mm，如图5所示。

图5 大巷顶板支护示意Fig.5 Roof support of main roadway

为保持大巷巷帮的完整性，使其在回采时具有良好的支撑性能。在距8#联巷100 m时对大巷煤柱进行补强支护。帮锚杆使用玻璃钢锚杆φ18 mm×2 000 mm，配合使用规格为120 mm×8 mm的高强过塑托盘，帮网使用全塑网12#/10 200×3 200/50×50 mm，联网采用14#铅丝双丝双扣双道联接，联网间距≤200 mm。支护示意图如图6所示。

图6 大巷巷帮支护示意Fig.6 Side support of main roadway

3 过空巷工艺

3.1 调压

为避免贯通时大面积来压，顶板下沉造成生产事故，在工作面回采过程中详细记录来压情况，每日由生产班班长填写矿压记录，其中包括来压范围、来压强度、来压步距等其他一切能反映工作面矿压显现特征，统计矿压规律。根据来压情况，采用等压、让压等方式，保证贯通时避开周期来压。通过分析过8#联巷前正常回采(生产班每班6刀煤以上)时的矿压现象发现，工作面来压步距约10.4 m、带压步距5.0 m。工作面距8#联巷不同位置处支架平均工作阻力变化如图7所示。在距8#联巷8 m位置处开始等压一个圆班(24 h)，继续推进2 m开始来压，持续4 m来压结束，至贯通时，工作面整体处于无压状态，证明压力控制效果显著。利用停产等压时间，全面检修三机、煤机等影响生产的机电设备，对问题设备和电缆进行更换，保证机电设备以完好的状态通过8#联巷。

图7 工作面支架平均工作阻力Fig.7 Average working resistance of support in working face

3.2 定层位

为避免贯通时顶板来压，下沉量和下沉速度急增，造成无法通过煤机和压坏支架[7-9]，确定在工作面8#联巷贯通前采用底板沿夹矸推进。顶板基本不留或少留顶煤方式推进，工作面整体采高达到5.0 m以上。即使在贯通时及贯通后顶板大面积下沉，工作面采高也有足够的余量通过煤机。按照原制定层位贯通方案，贯通时工作面顶板基本与8#联巷顶板平行，顶板台阶普遍在200 mm以内，工作面采高基本在4.8 m以上，整体层位贯通效果良好。

3.3 调斜

因8#联巷与工作面平行，为避免贯通时，顶板沿支架顶梁前方切落，进而造成大面积冒顶事故[10-11]。工作面推至机头前对工作面推进方向进行调斜，使工作面煤壁与机头轴向呈一定夹角，工作面从机尾一端向另一端逐步揭露，支架逐段挑住顶板，以减轻顶板来压强度，保证工作面能够顺利通过空巷，图8为调斜原理示意图。其中DF为工作面长度，239.7 m；AB、EF为工作面每刀推进距离，0.8 m；AD为调斜后机尾超前机头长度，BC、GF为每刀贯通空巷的长度。根据相似三角形原理，ΔABC∽ΔADF，则

(1)

图8 调斜示意Fig.8 Sketch of inclination adjustment

根据机尾超前机头长度与每刀工作面贯通长度的关系，计算得出调斜贯通长度见表1。因8#联巷全长139.5 m，确定采区机尾超前机头6.4 m，每刀贯通29.96 m的方式进行调斜，8#联巷分5刀被贯通。

表1 调斜贯通长度

4 结论

(1)选用挑顶+充填+木垛+锚网索的支护方式可满足对8#联巷的支护需求，回采时铁器(锚杆、锚索)不会进入煤流损坏设备，保证了工作面快速通过8#联巷。大巷帮顶提前补强支护，保证了空巷交叉等悬顶面积较大部位的顶板稳定性。

(2)实践表明，采用调压、调斜、定层位等方式是一种安全高效的过空巷工艺，可以为本地区类似地质条件工作面过空巷提供一定参考。