采煤工作面过平行空巷支护及管理措施研究

高国登

（山西汾西正令煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

引言

当煤层复采或者存在开采设计变更时，回采空间内常见废弃空巷，从而给煤炭回采带来一定的制约[1-2]。回采工作面回采过空巷期间矿压显示、应力分布等与实体煤等有明显差异，常出现顶板冒落或煤壁片帮等问题，不仅制约煤炭正常回采，而且给采面回采带来安全威胁[3-5]。现阶段采面过空巷常见技术包括空巷充填、单体或者木垛支护顶板、空巷围岩注浆等方式，其基本原理是强化空巷围岩支护，确保采面回采期间空巷围岩稳定[6-7]。山西某矿3506 综采工作面回采范围内存在平行于采面的空巷，为确保采面回采安全，提出采用木垛、单体、锚杆索等组合方式对空巷围岩进行支护，不仅可确保采面回采过空巷期间围岩稳定，而且实现了煤炭高效回采，研究成果还可为其他矿井类似情况下采面过空巷提供经验借鉴。

1 3506 综采工作面概况

3506 综采工作面回采3 号煤层，煤层厚度均值3.5 m，赋存稳定，地质条件较为复杂，顶底板岩性以粉砂岩、泥岩为主，裂隙较为发育。3506 综采工作面设计走向长度230m、倾向长度220m，开采高度3.5m，采面采用MG750/1860-WD 采煤机、ZY6800/19.5/4支架、SGZ-1000/1400 刮板输送机，采面东侧为采空区，西侧及北侧均为实体煤，南侧为采区集中轨道、运输等巷道。

受到采区开采变更影响，在采面回采空间内存在平行于切眼的空巷，具体分布如图1 所示。采面空巷斜长为235 m，断面为矩形（净宽4.0 m、净高2.8 m），巷道采用锚网索支护方式，其中顶板、巷帮锚杆规格均为20 mm×1 800 mm，间排距均为900 mm、850 mm。为确保采面回采过空巷安全，需对空巷围岩进行补强加固。

图1 采面与空巷位置关系示意图

2 空巷补强加固方案

3506 综采工作面内空巷存在支护强度低、围岩变形严重及年久失修等问题，当采面回采接近空巷时在采动压力作用下空巷容易出现顶板冒落、支护体系失效等问题，增加采面顶板控制难度，极容易引发安全事故。因此，采面在回采过空巷期间需对围岩进行补强加固。

2.1 单体、木垛组合加固

在3506 工作面与空巷间距150 m 时即开始启封空巷，并采用局部通风机为空巷通风，确保空巷内有毒有害气体及时排出。为确保空巷在超前压力影响下围岩稳定，在空巷原有锚网索支护体系基础上，采用木垛、单体等对空巷顶板进行补强。采用的单体每排布置4 根、单体间排距为1 500 mm、1 500 mm，两侧单体与巷帮间距均为250 mm。空巷内采用直径16 mm、长度2.0 m 圆木组成木垛对顶板进行支护，木垛间隔为6.0 m。具体采面空巷内木垛、单体支护布置如下页图2 所示。

图2 空巷内木垛、单体支护布置示意图（单位：mm）

2.2 锚杆索补强支护

在对空巷采用单体、木垛等对顶板进行支护后，依次检查空巷内顶板、巷帮变形情况及巷道内锚网索支护体系稳定性。对空巷局部围岩变形严重或者锚网索支护体系失效区补打锚杆索对围岩进行加固。

由于采面上下端头区域为应力集中区，为确保采面回采推进过空巷期间空巷两端围岩稳定，需要重点对空巷与采面回采巷道交汇区进行补强加固，具体补强加固范围为空巷与回采巷道内各15 m。在空巷与顺槽交汇位置，对空巷及回采巷道原有锚杆索中部施工与原支护体系相同的锚杆索，间排距与原有支护体系锚杆索间排距一致。通过加密锚网索布置实现强化围岩支护的目的。

3 采面过空巷管理措施

3.1 采面调斜布置

由于空巷与采面间夹角较小，为减少采面一次揭露空巷断面，确保过空巷期间顶板及巷帮煤体稳定，对3506 工作面适当调斜。根据采面矿压监测结果，发现上端头位置较下端头矿压显现明显，采用上端头超前下端头方式过空巷。受到采面内综采设备性能影响，采面调斜角度不宜过大，在采面与空巷相距35 m 时开始对采面进行调斜，采用“尾三头一”方式割煤（即机尾位置割3 刀、机头位置割1 刀），确保机尾超前机头20 m。

采用MG750/1860-WD 型采煤机，截割深度为800 mm，采面每割一刀预计揭露约10 m 空巷。在采面回采过空巷期间必须确保刮板输送机、液压支架等平直。采面回采过空巷后采用“头三尾一”方式割煤，及时对采面倾斜角度进行调整，确保采面与回采巷道垂直。

3.2 采面液压支架移架管理

在采面揭露空巷时，作业人员采用已布置的测点对空巷围岩变形进行监测，严禁人员进入空巷内。同时在回采过空巷期间应科学制订施工计划，确保采面可连续生产。在过空巷期间各工种应密切配合，液压支架移架应紧跟采煤机，确保间距在2 m 以内；液压支架采用带压移架方式，支架移动到位后初撑力控制在24 MPa 以上，并及时伸出前探梁对顶板及煤壁等进行支撑。

4 现场应用效果分析

1）在3506 工作面过空巷期间采用YHY-60 工作阻力监测仪监测支架工作阻力变化，结果通过通信系统传输给矿压监测部分，以便进行分析处理，确保采面后续生产安全，具体支架工作阻力监测结果如图3 所示。从图3 中可看出，采面在与空巷间隔25 m 时矿压显现明显，上端头及采面中部矿压较大、下端头矿压显现不明显；在采面与空巷间隔5 m时采面部分液压支架及空巷内布置单体支柱出现一定下沉问题，下沉量整体较小。

图3 过空巷期间支架工作阻力监测情况

2）在3506 工作面采用单体+木垛、锚杆索等组合方式对空巷围岩进行补强，可降低采面回采动压对空巷的影响，确保采面回采安全。采面耗时8 d 通过空巷影响区，期间未出现顶板锚索或者煤壁片帮等问题，采面及空巷顶板始终保持稳定，现场采取的过空巷技术措施及顶板管理措施取得较好的应用成果。

5 结论

1）3506 工作面回采期间，采面回采范围内的空巷是影响采面回采安全的主要因素，在以往研究成果基础上并结合采面与空巷位置关系，提出采用单体+木垛+锚杆索补强方式对空巷围岩进行加固，并制定采面过空巷期间管理措施。

2）现场应用后，3506 工作面耗时8 d 通过空巷影响区，期间未出现冒顶、片帮等问题，采面矿压显现正常，现场应用取得较好效果。