綜放工作面過空巷支架-圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性控制

鄒忠輝

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

近年來，國(guó)家大力提倡發(fā)展安全高效礦井，推進(jìn)煤炭資源整合和煤礦企業(yè)兼并重組，而整合后的煤礦企業(yè)在對(duì)保有資源重新布置回采的過程中，工作面如何安全高效的推過遺留空巷、確保支架-圍巖穩(wěn)定性是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題[1-3]。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)綜放工作面或普通綜采面過空巷的覆巖活動(dòng)規(guī)律及空巷支護(hù)方式等已有一定的研究基礎(chǔ)。本文以某礦9102綜放工作面為工程背景，對(duì)支架-圍巖穩(wěn)定性控制難題展開研究[1-3]。

1 地質(zhì)生產(chǎn)概況

該礦是由小煤礦改制而成。技術(shù)整改后原盤區(qū)皮帶運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷分布在綜放面割煤水平，對(duì)工作面的正常推進(jìn)產(chǎn)生不利影響。9102綜放工作面回采過程中，將通過遺留在9號(hào)煤層中的63號(hào)、65號(hào)、67號(hào)、113號(hào)、114號(hào)等多處空巷，空巷寬4 m左右，高3 m左右，局部為普通圓鋼錨桿支護(hù)，錨桿直徑18 mm，長(zhǎng)1 500 mm，錨桿間距 1 600 mm，排距1 500 mm；局部為裸體巷道無支護(hù)。

2 綜放工作面過空巷技術(shù)難點(diǎn)分析

9102綜放工作面（如圖1所示）中遺留有多條空巷，空巷分支、分叉較多，且空巷形成時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)歷多個(gè)采動(dòng)期，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，煤幫及頂板煤體極為破碎，故綜放工作面過空巷支架-圍巖穩(wěn)定性將是威脅礦井安全高效生產(chǎn)的重大技術(shù)難題。

1）整體礦壓顯現(xiàn)異常。空巷存在使采場(chǎng)上覆巖層活動(dòng)規(guī)律、支承壓力分布特征等均有異常變化，在煤體內(nèi)形成高應(yīng)力區(qū)和彈性能積聚區(qū)，易發(fā)生工作面頂板沿煤壁切落等頂板事故，例如某礦2404、2405工作面過空巷時(shí)就發(fā)生過頂板下切1.0 m左右的險(xiǎn)情[4]。通過對(duì)9102綜放工作面來壓情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)工作面過首條空巷期間平均周期來壓步距增加了4.3 m，來壓時(shí)支架平均載荷提高了6.2 MPa，動(dòng)壓系數(shù)也有一定程度增大，如表1所示，大大增加了支架—圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制難度。

圖1 9102綜放工作面空巷分布狀況

表1 9102綜放工作面周期來壓實(shí)測(cè)結(jié)果

2）工作面與空巷交叉區(qū)域煤巖體穩(wěn)定性差。工作面揭露空巷過程中，端面煤體破碎，支架接頂狀況差，工作面與空巷交叉區(qū)域頂板冒漏嚴(yán)重，且空巷揭露后的煤壁為原空巷的破碎巷幫，易片幫。

3）空巷揭露時(shí)支架工作狀態(tài)異常。綜放工作面過空巷對(duì)液壓支架穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，非來壓時(shí)空巷附近支架液壓值平均為29.2 MPa，高于正常情況下的24.2 MPa。液壓支架異常工況主要表現(xiàn)為前后柱支撐力相差過大、頂梁俯仰角過大、支架臺(tái)階過大、支架側(cè)護(hù)板及擋板等構(gòu)件的損壞等。

3 綜放工作面過空巷頂板穩(wěn)定性研究

影響老頂斷裂位置的因素包括老頂?shù)臉O限抗拉強(qiáng)度Rt、老頂所擔(dān)負(fù)的載荷、老頂?shù)暮穸纫约皦|層的彈性模量等。一般來講，由于煤層與直接頂?shù)膹椥灾С凶饔茫享攷r層的斷裂線會(huì)在工作面前方4～8 m的位置，即超前斷裂[5]。而綜放工作面過空巷時(shí)的老頂斷裂，則需充分考慮空巷影響。當(dāng)老頂?shù)膽衣堕L(zhǎng)度在空巷附近達(dá)到周期來壓步距時(shí)，由于空巷與采場(chǎng)間煤柱發(fā)生塑性破壞而難以起到切頂作用，老頂跨過煤柱及空巷，在空巷里幫發(fā)生斷裂，如圖2所示。此時(shí)老頂?shù)臄嗔巡骄鄬⒋笥诠ぷ髅娴钠骄芷趤韷翰骄啵瑏韷簭?qiáng)度急劇增加，導(dǎo)致空巷頂板及液壓支架所需支護(hù)力大幅上升，對(duì)采場(chǎng)礦壓控制提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4]。

圖2 綜放工作面過空巷“跨巷長(zhǎng)關(guān)鍵塊”模型

4 支架—圍巖穩(wěn)定性綜合控制措施

根據(jù)上述研究成果，可制定支架-圍巖穩(wěn)定性綜合控制措施。綜放面過空巷頂板長(zhǎng)關(guān)鍵塊形成的主要原因是空巷與采場(chǎng)間煤柱發(fā)生塑性破壞而難以起到切頂作用，故可對(duì)空巷煤柱側(cè)煤體進(jìn)行注漿加固，增強(qiáng)其整體性及支撐力，促進(jìn)頂板關(guān)鍵層破斷，以達(dá)到減小采場(chǎng)上方長(zhǎng)砌體梁關(guān)鍵塊長(zhǎng)度的目的；工作面不斷推進(jìn)至煤柱完全失去支撐力時(shí)，空巷存在會(huì)使綜放采場(chǎng)瞬時(shí)形成超長(zhǎng)梁端距，空巷實(shí)體煤幫即變成端面煤壁，如不進(jìn)行有效支護(hù)，空巷揭露時(shí)的端面煤體控制將極為困難；除了空巷超前支護(hù)，綜放工作面過空巷時(shí)還應(yīng)在支架支護(hù)強(qiáng)度、支架幾何位態(tài)、支架故障檢測(cè)以及相關(guān)采煤工藝等方面進(jìn)行合理化控制。

根據(jù)上述研究結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)，確定9102綜放工作面推進(jìn)距空巷50 m時(shí)就必須完成空巷超前支護(hù)。空巷單位面積頂板的支護(hù)強(qiáng)度須達(dá)到185 kN，可通過木垛支護(hù)、頂板及巷幫的錨桿索支護(hù)及相關(guān)輔助措施來實(shí)現(xiàn)。空行加強(qiáng)支護(hù)方案如圖3所示。施工時(shí)必須在支護(hù)完好地段按照從后向前、先頂后幫、先上后下的原則依次進(jìn)行支護(hù)加固，必須嚴(yán)格執(zhí)行先支護(hù)后處理的原則，臨時(shí)支護(hù)可采用超前錨桿或點(diǎn)柱支護(hù)，必須牢固可靠[5]。

9102綜放工作面采用斜交推進(jìn)方法通過前方空巷，當(dāng)工作面距空巷距離20 m時(shí)，將推進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整，以回風(fēng)順槽超前運(yùn)輸順超10 m為宜，工作面從回風(fēng)順槽揭露空巷開始依次順序局部斜交通過舊巷，且應(yīng)保證工作面與空巷斜交寬度控制在10 m以內(nèi)；過空巷過程中必須嚴(yán)格控制割煤高度在2 800～3 000 mm以內(nèi)，采煤機(jī)接近舊巷錨索梁前，前后滾筒必須適當(dāng)落低，一般情況下須低于錨索梁200～300 mm，嚴(yán)禁割到錨索梁；過空巷地段及兩側(cè)25 m范圍內(nèi)，嚴(yán)禁放頂煤。

圖3 空巷加強(qiáng)支護(hù)方案（未標(biāo)單位：mm）

5 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，在9102綜放工作面采用上述支架-圍巖穩(wěn)定性綜合控制措施后，對(duì)于工作面推過第一條空巷的圍巖控制，從超前50 m完成空巷支護(hù)至工作面距空巷5 m的過程中，頂板平均下沉量由0逐漸升至270 mm，兩幫移近量由0逐漸升至480 mm，空巷圍巖處于穩(wěn)定可控狀態(tài)。以上效果分析表明，所制定的綜放工作面過空巷綜合控制技術(shù)措施較好地完成了對(duì)空巷及采場(chǎng)圍巖的控制，有效保證了工作面支架-圍巖的穩(wěn)定性。