石圪臺煤礦12402綜采面過空巷技術及其應用

郭 帥

(神東煤炭集團石圪臺煤礦，陜西 榆林 719000)

0 引言

石圪臺煤礦12402綜采工作面位于1-2煤四盤區。由于前期工程需要在工作面前方留有一條空巷，空巷周圍巖體破碎，層間距較小，巷道失修嚴重。為保證工作面能安全順利推過空巷，相關技術人員通過重新設計支護方式，調整開采工藝，制定安全措施，保證了礦井的安全高效開采[1-3]。

12402綜采工作面開采煤層為1-2煤，位于石圪臺井田1-2煤四盤區，工作面長度338 m，推進長度481.5 m。煤層傾角為1°～3°，回采面積20.16萬m2，煤層厚度為2.7～3.2 m，平均2.9 m，設計采高2.9 m，煤層埋深為60～65 m。基本頂為粉砂巖、風積沙、1-2上煤、細粒砂巖，平均厚度14.5 m；直接頂為粗粒砂巖、粉砂巖、中粒砂巖，平均厚度4.3 m；直接底為泥巖、粉砂巖、細粒砂巖，平均厚度4.6 m。

工作面前方存在一條空巷，空巷距離12402輔運順槽正幫96.2 m，對應工作面支架136～140架，空巷長165 m，寬5.4 m，高3.0～3.5 m，平均3.2 m，該空巷位置上方為1-2上煤采空區，此處1-2煤與1-2上煤層間距3.6～4.8 m。

圖1 工作面空巷位置示意圖

1 空巷支護強度驗算

工作面空巷位置如圖1所示。工作面空巷寬5.4 m，高3.2 m，采用螺紋鋼錨桿支護，錨桿直徑為18 mm，長1 800 mm，間排距1 000 mm，經現場查看，空巷存在多處冒頂區，冒落高度0.2～0.3 m。為保證工作面安全開采，需對原巷道支護可靠性進行驗算。

1.1 未受采動時的空巷支護強度驗算

空巷至工作面一定距離時，不受采動影響。此時空巷單位面積承受壓力為P1，空巷頂板錨桿支護系統為一個斷面6根頂錨桿，實測一根錨固力均值為90 kN，一個斷面錨固力為P2。其中，

P1=S1×H1×γ1

式中：S1—單位面積巖塊暴露面積，S1=5.4×1=5.4 m2；H1—危險巖塊高度，為兩煤層之間最大層間距，取4.8 m；γ1—上覆巖層平均容重，γ1=20.4 kN/m3。

P1=5.4×4.8×20.4=528.8 kN

P2=90×6=540 kN

P1

1.2 受采動影響時的空巷支護強度驗算

工作面推進至空巷一定距離時，受采動影響，此時空巷單位面積承受壓力為P3。按照估算法，P3相當于4～8倍采高巖石所承受的重量。由于工作面上覆為1-2上煤采空區，基本頂在1-2上煤回采過程中已經破壞，因此工作面礦壓顯現并不明顯，根據現場礦壓觀測結果，工作面頂板最大為4倍采高。此時P3為

P3=S1×h×4×γ1

式中：h—工作面采高。

P3=5.4×3.5×4×20.4=1 542.2

P2

因此，工作面推進至空巷一定距離時，必須加強支護。

1.3 空巷錨桿加強支護設計

經過技術人員現場分析，考慮到該巷道屬于近距離煤層，決定對該空巷進行補強支護，采用“錨桿+錨索+W鋼帶”，錨索采用直接17.8 mm，長為3.5 m、4.0 m、4.5 m、5.0 m，其長度根據揭露的煤層層間距并保證錨固段在穩定巖層中。間排距為2 000 mm的7股鋼絞線錨索，每排布置3根，每根錨桿配備1卷CK3540樹脂錨固劑，要求預緊力≥100 kN，錨固力≥200 N·m；最大破斷載荷為454 kN，安全系數k2取1.1，頂部鋪設8號鐵絲菱形網。錨索下方采用W鋼帶補強。

兩幫采用直徑為16 mm，長1 600 mm，間排距為1 000 mm的高強度玻璃鋼錨桿，靠頂板錨桿距頂300 mm，每排3根，每根錨桿配備一卷CK3540樹脂錨固劑。

補強支護后，錨索錨固在基本頂內。頂板空巷單位面積承受壓力為P4

P4=90×6+3×454×1.1=2 038.2 kN

P4>P3，即受采動影響時，空巷錨桿加強支護設計的支護強度能滿足安全要求。

1.4 架棚加強支護設計

考慮工作面上覆1-2上煤回采過程中已經對空巷上覆頂板進行了擾動破壞，當12402工作面推進至空巷一定距離時，在工作面超前應力的影響下，直接頂會加速破壞，為避免直接頂產生局部冒頂，保證過空巷時頂板的完整性，決定在空巷內架設工字鋼棚。

采用5.4 m棚梁11號工字鋼進行架棚支護，兩端用單體進行支護，現場支護如圖2所示。

圖2 空巷現場支護圖

2 過空巷施工方法及安全措施

2.1 過空巷施工方法

過空巷具體施工方法主要由作業前安全確認、回撤空巷內單體柱、瓦斯檢查、采煤機割煤、移液壓支架、采煤機割煤、推刮板輸送機等工藝組成[4]。

作業前安全確認：主要包括各工種作業前的氣體情況檢查，要求作業地點氧氣濃度達18%以上，一氧化碳濃度在24 ppm以下，瓦斯濃度在0.8%及以下，方可作業；作業周圍環境檢查，要求嚴格執行敲幫問頂，由頂到幫、由近及遠、從上往下處理活矸、危巖；采煤機司機、液壓支架工等操作設備設施檢查。

一梁兩柱棚子支護：每班由跟班隊長，對空巷內采用單體液壓支柱和3.3 m工字鋼進行一梁兩柱棚子支護。

割煤：工作面推進至空巷前，調整采煤機前滾筒割頂煤，刮板輸送機平直，采用超前拉架方式及時支護暴露頂板，拉架后及時打開護幫板，隨后割煤、推溜、清理浮煤。

2.2 過空巷安全措施[5]

過空巷時，巷內支設單體柱初撐力達90 kN以上，所有單體必須穿鞋、帶帽，連接可靠。每班由專人對空巷內支護進行維護，對正、副巷和空巷距煤壁20 m范圍內的超前支護進行加固補液。

工作面與空巷首次貫通時，工作面空巷下風側不得有人員作業。

過空巷期間，必須確保支架頂梁無浮煤、浮矸，溜子平直，支架接頂嚴實，初撐力大于252 bar。

空巷內回柱時，必須停止工作面工作，并閉鎖開關。回柱期間嚴禁人員操作作業地點前后9 m(5架)內的支架。

通過采用過空巷施工方法及安全措施，12402工作面過空巷期間未發生空巷內大面積冒頂，保證了礦井的采掘銜接平衡和安全高效開采。

3 結論

(1)通過空巷支護強度驗算，石圪臺煤礦12402工作面空巷在未受采動影響段不需進行加強支護；受采動影響段，需要對空巷進行錨索及架棚支護。

(2)通過空巷加強支護，采用過空巷施工方法及安全措施，12402工作面過空巷期間未發生空巷內大面積冒頂，保證了礦井的采掘銜接平衡和安全高效開采。