綜采工作面過老空巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

岳小建

（山西省晉神能源有限公司，山西 忻州 036500）

沙坪煤礦前身為小煤窯，管理相對粗放，工作面和巷道布置受破壞嚴(yán)重，經(jīng)過技術(shù)改造和資源整合后，為提高資源回收率，盡可能在現(xiàn)有條件下布置安裝綜采工作面，但在新布置巷道掘進(jìn)過程中，必須經(jīng)過原18206、18205和18207三個(gè)綜采面的老空巷道，基于此，分析研究如何在過老空巷道時(shí)加強(qiáng)支護(hù)管理與礦壓觀測，為安全施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 概 況

18206工作面主采8號煤上分層，對應(yīng)地表高程為993.1—1 074.2 m，煤層底板標(biāo)高為876.3—936.9 m，煤層上方基巖層厚度為37.9～171.6 m。18206工作面設(shè)計(jì)切眼長度為300 m，沿走向布置，上下巷順槽沿傾向布置，長度為1 540 m，煤層可采厚度為2.7～3.4 m，平均可采3.1 m。煤層頂板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，有薄層偽頂巖性為炭質(zhì)泥巖，厚度達(dá)0.2～0.3 m；直接頂為細(xì)砂巖，具有顆粒狀晶體，質(zhì)地較硬，是良好的隔水層。直接底為砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖，18206設(shè)計(jì)回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷均與原18205、18207四條老空巷道斜交，交角為8°，18206工作面過老空巷道布置如圖1所示。

圖1 1 8206工作面過老空巷道布置示意Fig.1 The layout of crossing abandoned roadway in No.18206 Face

2 老空過巷支護(hù)方案

2.1 老巷支護(hù)狀態(tài)

原18207工作面1號老空巷道和18205工作面4號老空巷道布置有4～5個(gè)硐室，巷道寬度為5.4 m，巷道高度3.5 m，長度為305 m，頂板支護(hù)方式為錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)，錨桿打設(shè)間排距為1 000 mm×1 000 mm，選用φ18 mm×2 000 mm規(guī)格的錨桿，呈規(guī)則的橫縱列布置，每排打設(shè)6根錨桿；錨索打設(shè)間排距為2 100 mm×1 500 mm，選用規(guī)格為φ15.24 mm×8 000 mm，每排打設(shè)3根，使用W鋼帶進(jìn)行壓網(wǎng)加固。

18207工作面2號老空巷道和18205工作面3號老空巷道相鄰，其間由5條聯(lián)絡(luò)巷連接，巷道規(guī)格和1號、4號巷道規(guī)格基本一致，也采用錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)方式。2號老空巷道錨桿打設(shè)間排距和選型與1號、4號巷道支護(hù)方式一致，錨索打設(shè)間排距為2 100 mm×1 000 mm，選用規(guī)格為φ17.8 mm×8 000 mm，均呈規(guī)則的橫縱列布置。

2.2 木垛輔助支護(hù)

對老空巷道采取提前加固的措施主要為了預(yù)防后期工作面采動(dòng)影響與采空區(qū)動(dòng)壓的復(fù)合影響，導(dǎo)致巷道支護(hù)失效，或者抗壓強(qiáng)度不足，造成破壞變形和頂板冒落后果。經(jīng)過采用錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)方式加固頂板，同時(shí)對巷道采用打設(shè)木垛進(jìn)行輔助補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，木垛打設(shè)位置主要布置在2號與3號老空巷道聯(lián)絡(luò)巷交叉口處的“三角頂”地帶，該區(qū)域懸頂面積大，承受的頂板壓力也大，因此，需要補(bǔ)強(qiáng)加固進(jìn)行支護(hù)。在每個(gè)聯(lián)絡(luò)巷三角區(qū)靠近3號老巷里側(cè)采用“井”字型方式進(jìn)行絞架，自下而上每層2根橫向圓木，上層2根縱向圓木，再打設(shè)2根橫向圓木，以此每層2根交錯(cuò)施工的方式進(jìn)行打設(shè)，直至接頂，為防止圓木受壓滾動(dòng)，影響木垛的穩(wěn)定性，可在每層圓木接觸點(diǎn)使用大頭木楔或把鉅進(jìn)行固定，使之成為穩(wěn)定整體，增強(qiáng)支護(hù)效果[1]。18206工作面老空巷道木垛補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)如圖2所示。

圖2 1 8206工作面老空巷道木垛補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意Fig.2 Rreinforced support with wood crib crossing the abandoned roadway in No.18206 Face

2.3 回采施工工藝

18206工作面在進(jìn)行回采過程中，要充分考慮到過老空巷道的風(fēng)險(xiǎn)，在切眼回采接近1號老空巷道前，預(yù)留至少30 m平距開始調(diào)斜，確保18206工作面運(yùn)輸巷先進(jìn)入1號老巷，切眼由上而下依次揭露老巷，逐漸平推直至通過老巷，但由于工作面運(yùn)輸、回風(fēng)巷本身設(shè)計(jì)交角為8°，角度較小，因此，選擇合適的過巷角度需根據(jù)現(xiàn)場回采具體情況而定，至少確保過巷角度大于8°，控制在交角12°左右為宜，即18206工作面運(yùn)輸巷超前機(jī)尾回風(fēng)巷支架位置不少于19 m，調(diào)整之后按照此差距實(shí)現(xiàn)平推，可確保機(jī)頭6架左右預(yù)先過巷。

在機(jī)頭預(yù)先過巷段是采動(dòng)動(dòng)壓與老空巷道頂板壓力疊加最嚴(yán)重的區(qū)域，在進(jìn)入巷道與剛剛過巷段礦壓顯現(xiàn)最為劇烈。采動(dòng)壓力不斷傳遞累計(jì)，能量在老空巷道的薄弱地帶得到釋放，產(chǎn)生較強(qiáng)的破壞力；老巷經(jīng)過掘進(jìn)后頂板已經(jīng)歷破壞，后期通過打設(shè)錨網(wǎng)索和木垛加固只能起到一定程度的補(bǔ)強(qiáng)作用，但在工作面動(dòng)壓的影響下仍然不能完全抵消破壞壓力，導(dǎo)致在應(yīng)力疊加區(qū)域老巷頂板原有平衡被打破，應(yīng)力重新短暫分布，產(chǎn)生頂板快速下沉，片幫嚴(yán)重等現(xiàn)象[2]。為確保安全過巷，應(yīng)組織生產(chǎn)工序，快速通過高壓應(yīng)力區(qū)域，加強(qiáng)架前單體柱的臨時(shí)支護(hù)作用，防止片幫冒頂影響回采進(jìn)度。

3 礦壓觀測

3.1 過巷期間礦壓觀測

在工作面切眼過老巷期間，利用原工作面支架已安裝的礦壓觀測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測礦壓動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，在切眼內(nèi)支架從機(jī)頭的第二架開始，每間隔七架安裝一組監(jiān)測設(shè)備，采用本安型礦壓數(shù)字檢測儀，并在切眼與老巷過巷段每20 m安裝1臺頂板離層儀，及時(shí)觀測疊加壓力對頂板的破壞程度，采取加固措施，避免出現(xiàn)過巷時(shí)的大面積冒頂事故。

3.2 過巷期間來壓規(guī)律分析

3.2.1 切眼過巷前來壓分析

利用支架上安裝的本安型礦壓觀測儀，得到切眼內(nèi)支架壓力分布情況，如圖3所示。

圖3 1 8206工作面支架過巷前壓力分布Fig.3 Pressure distribution before crossing the abandoned roadway

如圖所示，支架末阻力均值為pm=32.58 MPa，標(biāo)準(zhǔn)均差為σm=5.4 MPa，阻值系數(shù)k設(shè)置為1.3，根據(jù)公式p=pm+kσm計(jì)算可得，p=39.7 MPa。

工作面安裝支架型號的初撐力為31.5 MPa，工作阻力為6 016 kN，額定阻力為8 824 kN，支架工作阻力與額定阻力的比值達(dá)到0.68；切眼未進(jìn)入老巷前支架初撐力分布如圖4所示，初撐力均值達(dá)到26.56 MPa，為額定值的84.3%，可滿足支護(hù)強(qiáng)度要求。

圖4 支架過巷前初撐力分布情況Fig.4 Pressure distribution before crossing the abandoned roadway

3.2.2 切眼支架過巷期間阻力分布分析

過巷期間根據(jù)支架礦壓觀測儀監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，支架阻力值達(dá)到pm=33.86 MPa，方差均值達(dá)到6.25 MPa，仍然根據(jù)公式p=pm+kσm，k值選取1.3系數(shù)，可得出支架工作阻力p=41.98 MPa，等價(jià)于阻值8 018 kN。

工作面進(jìn)入老空巷道后壓力也出現(xiàn)了重新分布變化，如圖5所示，進(jìn)入老空巷道期間支架末阻力在同等范圍內(nèi)支架所承受的阻力值均有所增加，且增長浮動(dòng)效果明顯，過巷前支架阻值在25～35 MPa占比達(dá)到了55%，而在過巷期間支架阻力在30～40 MPa占比達(dá)到了55%，支架整體承受壓力增長了至少5 MPa，說明過巷期間在動(dòng)壓疊加效應(yīng)的影響下支架阻力明顯增大[3]。

圖5 過巷期間支架末阻力分布示意Fig.5 Distribution of final support load during crossing the abandoned roadway

此外，在過巷期間工作面支架初撐力也隨著動(dòng)壓影響發(fā)生變化，過巷前支架初撐力整體分布相對均衡，說明頂板整體完整性較好，沒有出現(xiàn)局部垮落和失壓現(xiàn)象；在過巷期間，如圖6所示，支架初撐力呈現(xiàn)兩極分化趨勢，機(jī)頭機(jī)尾初撐力明顯下降，切眼中部支架初撐力在過巷前集中在24～30 MPa，過巷期間壓力集中在26～32 MPa，整體上升2 MPa，說明動(dòng)壓在中部較為集中，機(jī)頭段壓力值小于20 MPa，頂板壓力無法有效作用于支架上，造成初撐力明顯下降，空頂面積大或者頂板破碎的現(xiàn)象嚴(yán)重。

圖6 過巷期間支架初撐力分布示意Fig.6 Distribution of initial support load during crossing the abandoned roadway

4 結(jié) 論

（1）通過綜采工作面的支護(hù)方案改革，有效解決老空巷道的頂板支護(hù)安全問題，為新工作面回采、過巷等提供有力保障，增加了可采長度450 m，按照切眼長度300 m，煤厚3.1 m，煤層容重1.35計(jì)算，可增加回采煤量56.49萬t，按照噸煤售價(jià)370元計(jì)算，可為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)收入2.09億元，而整個(gè)4條老空巷道的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)成本和工程費(fèi)用一共投入了167萬元，折合該項(xiàng)優(yōu)化方案為企業(yè)增收2.08億元。

（2）18206工作面通過采取優(yōu)先加固的過巷方案，利用錨網(wǎng)索復(fù)合加固措施，打設(shè)木垛輔助支護(hù)頂板，有效控制了回采面過老空巷道時(shí)的頂板下沉和冒落高度，確保了采面過巷期間的頂板安全，提高了綜采工作面資源的回收率，改變了資源因?yàn)橹ёo(hù)等問題造成的不可采局面，為類似問題提供參考借鑒。