厚煤层大采高综采工作面过空巷技术研究

曹海飞

（山西焦煤汾西矿业水峪煤业综放队，山西 孝义 032302）

0 引言

空巷是开采设计变更或者小煤窑无序开采遗留的废弃巷道，综采工作面过空巷时在采动、超前支承压力等叠加影响下容易导致空巷顶板下沉、巷帮收敛等情况，采面与空巷贯通期间容易诱发大面积冒顶、压架等问题，制约煤炭回采[1-2]。众多学者提出采用高水材料充填、注浆加固、锚网索支护、架棚支护等多种空巷加固措施，现场取得一定效果[3-5]。山西某矿受开采设计变更影响，导致15307 综采工作面内存在有废弃空巷，文中就以该采面过空巷为工程背景，对采用的过空巷技术进行分析探讨。

1 15307 综采工作面概况

15307 综采工作面设计倾向长为180 m、推进长为1450 m，开采15 号煤层，煤厚4.7 m，15 号煤层赋存稳定，倾角5°～8°，顶板以粉砂岩、砂岩及泥岩互层为主。15307 综采工作面内布置MXG-350 采煤机割煤、SGZ-764/320 刮板输送机运输、ZY9000/25/50D液压支架管理顶板。15307 综采工作面开采范围内存在有废弃空巷，该空巷进入到采面内深度为45 m，空巷巷宽5.0 m、巷长4.5 m，采用锚网索支护。具体位置关系如图1 所示。

图1 采面与废弃空巷位置关系

采面开采范围内存在废弃空巷不仅会制约回采效率而且在过空巷期间存在较大的安全风险。面临的主要问题包括空巷内瓦斯集聚、矿压异常显现导致直接前移困难、悬空面积大导致顶板冒落、采面底板与空巷底板不在一个水平面上等。因此应根据15307 综采工作面现场情况针对性制定采面过空巷技术方案，以便实现采面安全高效回采。

2 采面过空巷技术

2.1 强化瓦斯治理

1）在采面过空巷前通风部门组织人员安装局部通风机，打开空巷原有密闭对空巷内积聚瓦斯进行排放，并确保空巷可正常通风。

2）严格保证空巷内及采面供风量，强化瓦斯检测及管理，只有空巷内风流保持稳定且瓦斯浓度降至0.5%以内时，方可允许作业。若瓦斯超限时则即可停止作业并撤出工作人员。

3）揭露空巷后暂时停止割煤，待整个通风系统保持稳定后采煤机方可继续割煤。

2.2 空巷围岩加固

待通风部门排出空巷内瓦斯后，采用高水充填支柱对空巷顶板进行支撑，确保采面回采期间空巷顶板稳定。充填支柱施工期间，采用的充填材料应具备强度高、凝结速度快优点，可实现空巷顶板及时支撑。

2.2.1 充填材料

充填材料包括A、B 两种组分，其中A 组分成分主要为硫酸盐水泥熟料、添加剂等；B 组分成分主要为生石灰、石膏以及添加剂等。充填材料单组分具有较强的稳定性，可满足远距离泵送需求，充填材料水灰质量比可在（0.8～6.0）∶1 范围内调节，满足充填加固需要。具体充填材料性能参数如表1 所示。

表1 充填材料性能参数

在充填支柱施工时，要求充填材料凝结速度较快，以便实现快速支撑空巷顶板，避免充填材料凝结时间过长引起的倒包、鼓包等问题。根据现场情况，确定充填材料水灰质量比为1∶1，在该水灰比条件下可充填材料强度可满足充填支柱支护围岩需要，且材料消耗量控制在720 kg/m3，在满足充填加固同时降低充填成本。

2.2.2 充填支柱施工参数

根据空巷空间分布情况，采用直径为1 m 充填支柱控制空巷顶板，高度4.5 m，上部留100～300 mm 让压层，允许空巷顶板在矿压作用下小范围下沉，适当部分顶板压力。空巷内充填支柱分两排交错布置，具体布置如图2 所示。空巷靠近采面侧位置充填支护与巷帮间距控制在500 mm、在远离采面侧位置充填支护与巷帮间距800 mm；充填支护排距为1700 mm、间距为1500 mm。在空巷内共布置60 个充填支柱，共计使用充填材料约91 m3。

图2 充填支柱布置示意图（单位：mm）

2.3 过空巷期间管理措施

在15307 综采工作面接近空巷前，全面检修采煤、运输、支护等系统设备，更换易损坏部件，确保过空巷期间不出现机电故障，以便提高采面推进速度，减少空顶面积及时间，避免期间顶板冒落。在采面与空巷间距15 m 时，调整采面与空巷角度，采面回风巷一侧加快推进速度、进风巷一侧适当减缓推进速度，从而使得采面与空巷间形成5°夹角，具体见图3，从而使得采面从最里侧揭露空巷。采面调斜具有下述优势：

图3 采面调斜示意图

1）通过采面调斜后，可实现采面逐段揭露空巷，采煤机每截割一刀即可向前推进0.55 m，揭露空巷6.3 m，采面割8 刀即可全部揭露空巷。

2）将调斜角度设计为5°，不会导致调斜角度过大引起的采面过长问题，同时刮板输送机、液压支架不会出现窜向机头或者机尾，避免出现机组无法割透采面回采巷道两侧煤壁以及采面出现空顶问题。

3）采面可从最里侧揭露空巷，以便形成全负压通风，确保空巷可正常通风，避免空巷内出现瓦斯集聚。

3 现场应用效果分析

对采面过空巷期间空巷围岩变形情况如图4 所示。随着采面与空巷间距不断缩小，采动对空巷围岩影响程度呈增加趋势，空巷顶底板及巷帮变形呈不断增加趋势，其中巷道两帮变形量较大、顶底板变形量则相对较小；当采面与空巷间距为10 m 时，空巷顶板、底板及两帮变形量分别为178 mm、160 mm 及228 mm。采用充填支柱可实现空巷围岩变形量有效控制，为采面过空巷创造良好条件。

图4 空巷围岩变形曲线

在15307 综采工作面采用以充填支柱控制空巷顶板为核心的过空巷技术后，采面在过空巷期间综采设备、采面顶板等始终保持稳定，采面耗时3 d 即通过该空巷。

4 结语

15307 综采工作面一次开采高度大、采动矿压显现明显，若采取常规锚杆索加固或者架棚加固方式时，容易出现空巷围岩变形量大、顶板冒落等问题。依据现场情况，提出用充填支柱加固空巷，确保空巷围岩稳定。

在采面过空巷前，通过强化瓦斯治理措施可将空巷内瓦斯浓度在安全范围内，采用充填支柱可确保空巷围岩稳定，采面调斜可降低一次揭露空巷面积并从里侧揭露空巷。

现场应用后，采面耗时3 d 即可回采过该空巷，而且回采期间空巷围岩、采面顶板及综采设备等均始终保持稳定。