下分層工作面設計優化及過空巷技術實踐

王 波

(煤炭工業山西晉城礦區建設工程質量監督站，山西 晉城 048006)

引 言

岳城煤礦現開采3號煤，生產能力150萬t/a，地質水文類型中等，屬于高瓦斯礦井，采煤方法為走向長壁綜合機械化分層開采，頂板管理方法為全部垮落法。3號煤三盤區為原南河灘煤礦整合資源，剩余的Ⅲ3308(下)和Ⅲ3306(下)兩個小工作面地質條件復雜，為提高資源回收率、保證安全高效回采，須對工作面設計進行優化，實現不規則區域煤炭資源的科學合理回收。

1 概況

1.1 地質條件

Ⅲ3306(下)、Ⅲ3308(下)工作面開采的3號煤，為優質無煙煤，煤層總厚度6.02 m～6.87 m，平均6.30 m，硬度(f)3.5～4，容重1.45 t/m3，煤層傾角1°～5°，平均3°。上分層工作面已回采，下分層煤厚3.0 m，下分層工作面頂板為金屬網假頂，膠結程度較差；直接底為泥巖，厚度0.84 m～2.1 m，平均1.16 m；老底為細粒砂巖，1.35 m～2.95 m，平均2.18 m，底板比壓為2.28 MPa。

1.2 原工作面設計及周邊采掘情況

原設計為Ⅲ3306(下)、Ⅲ3308(下)兩個綜采工作面，均為巷道內錯布置，Ⅲ1308(下)工作面為外錯布置。Ⅲ1308、Ⅲ3306、Ⅲ3308上層工作面已回采完畢，Ⅲ3305、Ⅲ3307工作面上、下分層均已回采完畢。工作面原設計及周邊采掘情況，如圖1所示。

圖1 工作面原設計及周邊采掘情況示意圖

1.3 存在問題

1) 資源回收率低。Ⅲ1308(下)與Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)工作面之間煤柱未回收，Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)與南翼大巷之間的煤柱也未回收；

2) 南翼進風巷、南翼回風巷、南翼軌道巷及聯絡橫川為原資源整合礦井施工的巷道，支護強度低，巷道變形嚴重，后期受采動影響維護工作量大[1]，影響材料設備運輸；

3) 礦井銜接緊張，兩個小工作面回采期短，搬家倒面頻繁。

2 優化后工作面設計

將原設計兩個小工作面合并成一個Ⅲ3308(下)工作面，工作面順槽巷道內錯布置改為外錯布置，順槽巷道沿南北方向，工作面由南向北回采推進。工作面設計走向長度896 m，回采分為三個階段，一階段傾斜長度133.5 m，可采長度168 m；二階段傾斜長度203 m，可采長度345 m；三階段傾斜長度從203 m逐漸增加至218 m，可采長度383 m。

Ⅲ3215巷、Ⅲ3216巷為Ⅲ3308(下)工作面兩條順槽，均沿3號煤層底板布置。Ⅲ3215巷位于Ⅲ1308(上)工作面采空區下，與Ⅲ13081巷中至中距離9 m，擔負工作面進風及運煤任務；Ⅲ3216巷分為三段，其中第一段利用原南翼皮帶巷，第二段、第三段為新掘巷道，擔負工作面回風及運料任務；切眼一位于Ⅲ3308上層工作面切眼一向北10 m，切眼二位于Ⅲ3308上層切眼二向北30 m。優化后的Ⅲ3308(下)工作面設計，如圖2所示。

圖2 優化后Ⅲ3308(下)工作面布置示意圖

3 存在問題及解決措施

3.1 磨三角快速通過上分層空巷

Ⅲ3308(下)工作面靠近機頭側有大量上分層空巷，分別為垂直于工作面的Ⅲ13081巷、Ⅲ13082巷及Ⅲ33081巷，包括三條巷道之間平行于工作面的23個聯絡橫川。工作面在通過上分層空巷及其聯絡橫川時，頂板破碎、經常出現漏矸的現象，頂板維護工作量大，直接影響回采推進速度、產量和煤質指標。

采取的措施為：

1) 回采通過上分層橫川時，要提前磨機尾調斜，調整機頭、機尾的進度差，使機尾超前機頭至少8 m，并適當降低采高[2]，加大機電設備檢修力度，揭露空巷后調整勞動組織，連續推進以機頭磨三角的方法快速通過上分層空巷。

2) 通過上分層橫川時，上分層的瓦斯會通過空巷處頂板擴散到下分層工作面，造成上隅角、回風巷瓦斯增高，回采時要嚴格控制機組割煤速度，割煤與移架依次進行，不得同時作業。

3) 針對工作面片幫、頂板破碎的現象，應采取上平行板梁、拉超前架維護頂板的措施，由經驗豐富的老隊長進行跟班，嚴格執行過空巷安全技術措施。

3.2 高水材料充填下層空巷

Ⅲ3308(下)工作面回采至中部，需要通過南翼進風巷、南翼回風巷、南翼軌道巷及聯絡橫川等下層空巷。南翼進風巷、南翼回風巷為資源整合礦井施工巷道，斷面寬×高=3 m×2.5 m，木質親口棚支護，棚距350 mm，受礦山壓力影響巷道底鼓、幫鼓嚴重，部分區域頂板破碎、棚梁斷裂、棚腿折斷。南翼軌道巷為錨網聯合支護，斷面寬×高=4 m×3 m，局部幫鼓移近量達500 mm。

由于回采時將連續通過三條距離較近且平行于工作面的空巷，加之空巷頂幫支護強度較弱，故決定采用無機超高水充填材料對空巷進行充填處理[3]。此充填材料單液流動性好，混合后凝膠時間可控，生成的充填體具有良好的承載能力。

3.3 預先安裝支架和溜槽

工作面初采后，預先在二切眼內安裝46個支架及配套溜槽，確保回采至二切眼時設備快速對接。另外，工作面回采至原南翼皮帶巷階段，進回風兩條順槽巷道不平行，工作面長度逐步加長，由203 m逐步增加到218 m，工作面每推進35 m，需在機尾增加一個支架和一節溜槽。

4 實施效果及效益分析

4.1 工作面回采情況

1) Ⅲ3308(下)工作面采用磨三角、超高水材料充填、預先安裝支架等安全技術措施，安全高效的回采結束，歷時255 d，回采過程中未發生頂板事故。

2) 工作面回采至超高水材料充填的空巷前，對Ⅲ3308(下)工作面液壓支架工作阻力進行監測[4]，工作面推進至距空巷2 m時，支架工作阻力達到最大值21 MPa，其余時間支架工作阻力均在20.5 MPa以下，支承壓力變化較小，具體如圖3所示。

圖3 液壓支架工作阻力監測圖

在通過空巷的過程中，工作面沒有出現煤壁片幫、漏頂等礦壓顯現，無機超高水充填材料表現出良好的承載能力，如第114頁圖4所示。

4.2 效益分析

1) 工作面設計優化后，多回收各工作面之間及采區巷道煤柱資源37.22萬t，創造了巨大的經濟效益。驗。同時，充填法過空巷避免了原小窯巷道礦壓顯現、巷修工程量大的難題，也有效的降低了瓦斯管理的難度。

2) 采用工作面調斜、無機超高水材料充填空巷等技術措施，積累了綜采工作面過空巷頂板管理經

圖4 無機超高水材料充填效果圖

3) 將兩個小工作面合并成一個工作面進行回采，減少了支架溜槽等設備搬家倒面和拆除安裝次數，緩解了礦井銜接緊張的不利局面。

5 結語

通過創新工作面設計思路，應用工作面調斜、超高水材料充填等技術手段，科學合理的安排勞動組織，成功解決了不規則塊段的煤炭回收和綜采工作面過空巷兩大難題，對類似條件的邊角煤柱回收提供了借鑒和參考。