古城煤礦長綜放無煤柱工作面過空巷方案研究

李 鵬，康志鵬

(1.潞安集團 古城煤礦，山西 長治 046100；2.中國礦業大學，江蘇 徐州 221008)

為了提高煤炭采出率，減少資源損失，煤礦往往進行無煤柱開采，但是沿采空區進行留巷時，沿空巷道圍巖穩定性控制是一個難題。綜放工作面開采強度大，采動影響強烈，嚴重影響工作面正常回采[1-5]。而且留巷巷道斷面較大，其圍巖穩定機理需要進一步研究認識，尤其是綜放沿空留巷頂煤穩定性和綜放沿空留巷大變形控制機理及技術。復雜條件下長綜放無煤柱工作面安全回采已成為當前礦井亟待解決的技術難題[6-10]。本文以潞安礦區古城煤礦N1305工作面為研究背景，結合古城礦地質條件以及現有的設備，給出了工作面過空巷的不同方案，分析了不同方案的優缺點，以探尋N1305工作面過空巷的最優方案。

1 工程概況

N1305工作面地面標高為+915～+936 m，埋深503.8～581.4 m，開采對象為山西組中下部3號煤層，煤層賦存穩定，平均厚6.32 m，煤層傾角為6°，屬于近水平煤層，且無較大地質異常及陷落柱，煤層頂板相對穩定。工作面可采長度為2 175 m，切眼長度為357 m。

N1305工作面采用“三進一回”偏“Y”型通風方式，即N1303沿空留巷、N1305輔助運輸巷、N1305膠帶運輸巷三條巷道為進風巷，N1306回風巷為回風巷。N1303工作面沿空留巷全長2 305 m，與N1305輔助運輸巷之間凈煤柱為50 m。N1305工作面在回采期間要通過N1305輔助運輸巷以及過N1303沿空留巷與N1305輔助運輸巷之間的聯絡巷，為了回收兩巷之間的50 m煤柱，故工作面回采期間要過空巷回采。N1305工作面布置如圖1所示。

圖1 N1305工作面布置

2 空巷支護情況及回采過空巷存在的問題

2.1 空巷支護情況

2.1.1 N1303沿空留巷支護情況

巷道凈寬4 m，凈高3.6 m，凈斷面14.4 m2。頂板全斷面(包括柔膜墻體)每排6根錨桿，間排距900 mm×900 mm，兩肩角錨桿與垂線成20°外斜布置，距巷幫為500 mm，其余錨桿全部垂直頂板布置；錨索間排距1 600 mm×900 mm，每排布置3根，中間一根垂直打設，其余兩根與垂線成20°外斜布置。煤幫一側布置4根錨桿，間排距1 000 mm×900 mm，其中幫上部錨桿上斜10°布置，距頂200 mm，幫下部錨桿下斜10°布置，距底400 mm，柔膜幫一側墻體內布置4根對拉錨桿，間排距900 mm×900 mm，錨桿全部水平布置。

N1303沿空留巷支護情況如圖2所示。

圖2 N1303沿空留巷巷道支護(mm)

2.1.2 聯絡巷支護情況

N1303沿空留巷與N1305輔助運輸巷之間的聯絡巷為矩形巷道，寬×高=4.0 m×3.6 m，聯絡巷長度為兩巷煤柱之間的長度50 m。頂板每排5根錨桿，間排距900 mm×900 mm，錨桿全部垂直頂板布置；錨索為“3-1-3”布置，間排距為1 600 mm×900 mm，均垂直頂板打設。幫部每排4根錨桿，間排距1 000 mm×900 mm，均垂直幫部打設。聯絡巷支護情況如圖3所示。

圖3 聯絡巷支護示意(mm)

2.2 工作面回采過空巷存在的問題

由于受到采動影響以及工作面礦壓顯現的影響，N1305輔助運輸巷存在超前垮冒的安全隱患，聯絡巷也存在片幫，底鼓等現象。另外，由于兩種類型的空巷均為沿頂掘進，工作面回采至空巷還存在液壓支架不接頂，頂板大面積懸空的問題。

3 工作面過空巷方案設計

3.1 空巷超前支護方案

工作面回采過程中雖然頂板會出現一定程度的下沉，但依然會出現支架無法接頂的現象，為確保工作面正常回采，對空巷進行了超前支護控制頂板。根據N1305工作面礦壓顯現特點以及巷道圍巖條件，N1305輔助運輸巷采取的超前支護方式為一梁三柱π型梁棚，排距500 mm。聯絡巷采用頂板加密錨索的方式進行加固，由原來的3-1-3布置，改為3-3-3布置，排距900 mm。超前支護距離為70～100 m，超前支護長度在100～150 m。

3.2 工作面過空巷支架接頂方案

3.2.1 直接推過方案

回采時，工作面沿煤層底板回采，位于此處的液壓支架上方與空巷內頂板不接頂，預計有2.0 m的空頂。

1) 對于N1305輔助運輸巷，由于巷道寬度較小，回采時只有3架支架無法接頂，現場移架時以20架支架為一組進行移架，通過支架前溜把這3架空頂的支架移到要求位置。并且由于采煤后頂板塌陷，可以借助垮冒的頂板進行接頂，直接推過，或者將液壓支架的逼幫板搭接到超前架棚的鋼梁上進行護頂。

2) 對于聯絡巷，長度為50 m，這樣就會有大面積空頂現象存在。采用該方案的優點是回采推過工藝簡單，不增加額外工作量和成本，且不會造成煤柱丟失。但是該方案有三個缺點，一是安全性較低，容易出現冒頂現象，并且高頂區有可能有瓦斯積聚；二是工作面機尾液壓架大范圍不接頂，無法提供液壓支架的移動以及刮板輸送機的移動的支撐力；三是N1305輔助運輸巷存在超前垮塌的問題。

3.2.2 聯絡巷內充填高水材料方案

高水材料是一種能在高水灰比條件(W/C=1.3∶1～3∶1)下快速凝結的特種水泥，在體積比水占90%，20～30 min內凝結，100%固化，最終強度達到8～12 MPa。

在回采至聯絡巷前50 m，在聯絡巷兩側設置擋漿裝置，用雙液注漿泵將攪拌好的甲、乙料泵送至聯絡巷內，依靠混合漿液良好的流動性，自流充滿聯絡巷空間。回采至聯絡巷時，機組直接截割充填料，支架直接接頂。

該方法的優點是：高水充填體強度與3號煤層強度相近，充填后，回采過程中與實體煤柱基本無差別，不會造成煤柱丟煤，安全性高，支架接頂好。缺點是：增加一套充填設備，材料成本較高，增加額外工程量。

3.2.3 聯絡巷內搭設木垛方案

N1305工作面回采時，需要通過沿煤層頂板掘進的聯絡巷，其中聯絡巷斷面為4 m×3.6 m(寬×高)。回采時，由于工作面沿煤層底板回采，所以在回采至聯絡巷時，部分液壓支架架上方與橫貫內頂板不接頂。為此采取搭設木垛的措施。

1) 在回采至聯絡巷前一定距離，在聯絡巷內打設吊掛錨索或錨桿，在錨索尾端鏈接鐵鏈，在鐵鏈端部安裝槽鋼作為木垛托架，在托架上打設木垛與聯絡巷頂板接頂。支護設計如圖4、圖5所示。

圖4 吊掛錨索配合鐵鏈搭接木垛(mm)

圖5 吊掛錨索木垛搭接示意

2) 在回采至聯絡巷前一定距離，在聯絡巷內打設多排幫部錨桿，在錨桿外露端套嵌鋼管或通過兩端焊接螺母的連接件鏈接短錨桿，在鋼管上安置鋼槽作為木垛托架，在托架上搭設木垛與聯絡巷頂板接頂。支護設計如圖6、圖7所示。

圖6 幫部錨桿外接鋼管搭設木垛(mm)

回采時，工作面沿煤層底板回采，回采至聯絡巷位置時，支架稍降前移至木垛下方，然后再升緊支架通過木垛與聯絡巷頂板接頂。

4 工業性試驗

結合古城煤礦現場地質條件以及現有設備，最終選定在聯絡巷補打頂錨索，N1305輔助運輸巷將液壓支架的逼幫板搭接到超前架棚的鋼梁上進行護頂。在工作面回采過聯絡巷時采用搭設木垛接頂的方法，回采至聯絡巷位置時，支架稍降前移至木垛下方，然后再升緊支架通過木垛與聯絡巷頂板接頂，最終安全順利通過了空巷，實現了工作面安全回采。

圖7 幫部錨桿木垛搭設示意

5 結 語

針對古城煤礦N1305工作面過空巷存在的問題，提出了幾種解決方案，通過優缺點對比分析，最終選擇了適合古城煤礦地質條件的綜采工作面過空巷方案，安全順利地實現了工作面的回采。