晉北煤礦5-103綜采面過下層空巷支護技術

章永成

(霍州煤電集團 晉北煤業有限公司，山西 靜樂 035100)

空巷是煤礦無序開采或由于綜采工作面設計方案改變在回采工作面中部留下的巷道。空巷通常因存在時間較長，會發生積水、瓦斯積聚、頂板網兜、兩幫片幫、底板浮煤等現象。開采時，受采動影響，空巷易發生頂板下沉、煤幫片幫等，給工作面帶來極不利的影響[1-2]. 當前，煤礦工作面過空巷支護方式多采用“井”字形木垛支護、錨桿錨索聯合支護和高水充填支護[3]. 但在實際應用中大多采用單一支護方式對過空巷區域進行支護，結合晉北煤礦5-103工作面過空巷實際工程情況，制定“整體充填”和“支護+部分充填”兩種過空巷技術方案，并對其優劣進行分析研究，為提高工作面過空巷技術提供研究基礎[4].

1 5-103工作面及空巷原支護概況

1.1 5-103工作面概況

晉北煤礦5-103工作面傾向長度660 m，走向長度180 m，地質儲量75萬t，采用傾向長壁一次性采全高的采煤方法，采空區采用全部垮落法。工作面運輸、運料兩巷均沿煤層傾向布置，切巷沿煤層走向布置。支護方式：工作面選用ZY11000/24.5/50型兩柱支撐掩護式液壓支架支護頂板，支架中心距為1 750 mm，端面距為340 mm，兩巷端頭及超前采用單體柱支護。

5-103回采工作面在推進至310 m時將通過與其立交集中軌道巷(5-103工作面位于上方)，5-103回采工作面空巷的布置見圖1. 集中軌道巷與5-1031巷立交處層間距為13 m(頂板巖性為10.9 m泥巖、2.1 m煤)，與5-1032立交處層間距為4 m(頂板巖性為4 m煤)，立交區域為80 m,11#工字鋼架棚巷道，100 m錨網梁巷道。

圖1 5-103回采工作面過空巷布置情況圖

1.2 空巷原支護概況

5-103工作面與集中軌道立交區域為180 m，其中集中軌道巷架棚巷道80 m，錨桿巷道100 m.

1) 錨網梁支護形式。

巷道為矩形斷面,毛寬4 500 mm×高2 600 mm，凈寬4 300 mm×高2 500 mm，毛斷面11.7 m2，凈斷面10.75 m2. 巷道頂錨桿間排距840 mm×1 000 mm；幫錨桿間排距900 mm×1 000 mm，最上一根幫錨桿距頂200 mm，底角錨桿距底板600 mm. 錨索排距3 000 mm，錨索布置在兩排錨桿中間，錨索間距1 600 mm，對稱布置于巷道中心線兩側。緊貼頂幫鋪設一層菱形網，網與網間用聯網絲(16#鉛絲制作)聯接，每隔120 mm聯一道，搭接長度為100 mm.

2) 架棚支護形式。

巷道采用11#礦工鋼梯形棚進行支護，凈尺寸：上寬3.2 m，下寬4.6 m，高3.0 m，凈斷面積11.7 m2；毛尺寸：上寬3.65 m，下寬4.925 m，高3.2 m，毛斷面積13.72 m2. 巷道采用板梁配合構木“六·八”盤幫勾頂，頂部6根板梁(1/2d180 mm×1 200 mm)間距550 mm，最邊兩根分別距兩端棚梁與腿連接處各225 mm，兩幫各4根構木(60 mm×50 mm×1 200 mm)間距900 mm，第一根構木距梁與腿連接處為300 mm，棚距為1 m. 緊貼頂幫鋪設一層菱形網，網與網間用聯網絲(16#鉛絲制作)聯接，每隔120 mm聯一道，搭接長度為100 mm.

3) 主要積水及破壞概況。

巷道頂板含水層為太原組頂部薄層灰巖、砂巖裂隙含水層，該含水層為5上#煤的頂板主要含水層；在深部巖溶不發育，富水性弱，淺部受風化影響，裂隙及巖溶較發育，富水性相對較好。根據原工作面掘進及礦井現有小窯采空區資料，掘進期間已經進行超前探測，不存在積水影響。

2 空巷支護方案設計

設計范圍為集中軌道巷與5-103切巷立交處往兩頭10 m共200 m，90 m架棚巷道(斜坡段)為A區段，110 m錨網梁巷道(平巷段)為B區段。5-103工作面跨采集中軌道巷位置關系剖面圖見圖2.

圖2 5-103工作面跨采集中軌道巷位置關系剖面圖

2.1 方案一

AB兩區段均采用矸石配合高水材料進行整體充填[5]，具體方案如下：

A區段充填方案：采用袋裝矸石配合高水材料對巷道進行充填。提前在無極繩機尾處備用35 t高水材料和1 000 m3矸石。首先對該區段巷道兩幫采用袋裝矸石進行充填(不占軌道運輸空間)，巷道兩幫充填完成后，在坡底施工一道1 m厚的混凝土墻進行充分接頂封閉，并接通風機進行局部通風，然后將巷道中部進行充填，距頂剩余15 cm時采用高水材料填縫接頂，接頂完成后施工一道混凝土墻接頂封閉。

B區段充填方案：采用袋裝矸石充填，高水材料填縫接頂，每20 m為一個循環，每個循環采用木板隔段，共施工6個循環。首先接通風機至閉墻處進行局部通風，從無極繩機頭進料，采用袋裝矸石充填，最后采用高水材料進行填縫接頂,接頂完成后施工1 m厚混凝土墻進行充分接頂封閉。

2.2 方案二

A區段采用矸石配合高水材料進行充填，B區段采用木垛配合幫錨索進行支護[6]，具體方案如下：

A區段充填方案：同方案一。

B區段支護方案：采用木垛配合幫錨索進行支設，木垛采用200 mm×200 mm×1 200 mm道木(每層布置6根道木)，間排距為0.8 m×1.5 m，采用木楔進行接頂，每排施工兩個木垛，共施工78個木垛，每個木垛需道木90塊，共需道木7 020塊。兩幫采用d17.8 mm鋼絞線，長度為4.3 m錨索配合槽鋼(長2.5 m，2孔，孔間距2 000 mm)及墊片(d130 mm×8 mm×20.5 mm金屬碟形)進行支護，每幫施工兩排，兩排錨索交錯布置，間排距為2 000 mm×1 000 mm，第一排距頂500 mm.

3 方案對比

3.1 方案對比與選擇

1) 成本對比。

方案一:需高水材料100 t,矸石2 400 m3，共計費用244 720元；延米單價1 231.01元/m.

方案二:需高水材料35 t，矸石1 000 m3，道木7 020塊，2.5 m槽鋼158根，4.3 m錨索316根，碟片316個，鎖具316個，共計914 068元；延米單價5 521.47元/m.

2) 工期對比。

方案一：按照進料效率計算，A區段充填90 m需20天，B區段充填110 m需25天，施工時間共45天。

方案二：A區段充填工期需20天，B區段支設木垛13天，施工錨索19 天，共計52天。

3) 綜合比較。

方案二中材料運輸量較方案一少，部分支護材料可根據過完空巷口巷道壓力情況進行回收，能夠節約部分費用，但是木垛只能夠對巷道頂板進行支護，不能對巷道兩巷進行有效支護，巷道兩幫需施工幫錨加強支護，增加了施工成本及施工時間。方案一能夠充分接觸頂板與兩幫，更好地控制頂幫和采空區來壓，保證頂板完整性。綜合考慮，選擇方案一。

3.2 過空巷措施

1) 過空巷前調整來壓步距：根據工作面頂幫來壓情況調整推進度來調整來壓步距，在過空巷期間避開周期來壓。

2) 調斜開采：推進距空巷30 m時工作面提前進行調斜，正巷超前副巷15～20 m，調斜角度為5°～6°，由正巷開始過空巷，割煤25刀(預計3天)，過空巷完成。

3) 初撐力管理：工作面支架要調整好平衡油缸，保證支架頂梁與頂板接實，在過空巷時支架初撐力不得低于10 MPa，過空巷后初撐力不得低于24 MPa.

4) 工作面距空巷5 m時調整采高，將采高控制在3.5～4 m，過空巷期間采用3個小班連續生產、中班不檢修等方式快速推進。

5) 加強液壓系統管理，確保工作面供液正常，杜絕工作面出現液管漏液、閥組竄液等現象。

6) 確保頂板監測系統完好，每班對支架初撐力情況進行統計，及時了解工作面頂板周期來壓變化情況，以便及時采取相關支護措施。

7) 加強兩巷超前支護、端頭支護、封口柱支設管理，確保單體柱初撐力達標。

8) 嚴格執行巷道巡回檢查制度，每班由帶班隊干對工作區域內巷道頂幫壓力檢查不少于兩回，對檢查出的頂幫壓力變化問題及時匯報，采取應對措施。

9) 工作面過空巷期間，確保工作面備用支護材料到位。

4 結 語

晉北煤礦5-103回采工作面2018年11月18日—2018年11月21日過空巷其間，未發生工作面下沉現象，順利通過下層空巷。實踐證明高水材料配合煤矸石進行空巷充填具有充分接頂、控制空巷圍巖的變形和移動、保證煤體完整、穩定作用。為今后采用充填法過空巷提供重要參考，采用煤矸石配合高水材料降低材料成本投入，實現安全高效生產。