煤柱回收工作面过空巷技术研究

冯建川

(山西潞安集团蒲县常兴煤业有限公司，山西蒲县041200)

0 引言

一直以来，工作面过空巷始终属于煤矿开采的一大问题。空巷附近形成应力集中区、降低区等，正是因为这一个原因，导致巷道严重变形，支架受力大等安全隐患。常兴煤业为提高2#煤回收率，开始回收原小煤窑的采区煤柱，初步预测煤炭储量在500 万t 以上，为尽可能地增加采出率，需要细致深入地探讨这一问题。

1 项目基本情况

常兴煤业2201 煤柱回收工作面埋深78 ～85 m，煤层厚1.65 m，平均倾角3°，煤尘有爆炸性。切眼长度为150 m，可采长度500 m，可采量16.8 万吨。工作面采用倾向长壁后退式一次采全高综合机械化采煤方法，顶板管理为全部垮落法，工作面采高1.8 m。

2 空巷稳定性

空巷围岩结构力学模型如图1。

图1 空巷围岩结构力学模型

大多数空巷顺煤层分布，按照力学原理分析其上方岩块，得出避免岩块滑落的支护阻力P 是:

P 作用在1/2b 位置，其合力位置是1/3d。通过上面的公式能够得出下面的关系，具体见图2。

图2 空巷稳定分析

空巷宽度提高时，其需要的支护阻力同样不断提高，b =4，13 m，支护阻力分别是4 200 kN，11 000 kN。为充分确保顺利通过空巷区，需要妥善进行支护，使支护阻力在11 000 kN 以上。所需支护阻力随着基本顶厚的增加而增加。支护阻力随着支架工作阻力提高而下降。

3 空巷围岩控制

3.1 回采巷道支护方案

1)运输巷。顶板通过5 根高强度螺纹钢锚杆(间排距1 m×1 m)，每隔3 m 配备2 根锚索，锚固长度1.8 m，各锚索辅助以槽钢和钢板各1 块，1 套锁具;4 根高强度螺纹钢锚杆，支护两帮，排距1 m。

2)回风巷。顶板通过6 根高强度螺纹钢锚杆，排距1 m。每隔2.5 m 配备2 根锚索，其他的参数与上面相同。4 根高强度螺纹钢锚杆支护两帮，排距0.8 m。因回风巷巷道严重变形，为使得支护效果提升，在其中增添工字钢棚，棚距0.8 m。

3.2 空巷支护

1)变电所。半空巷，从底板爬坡到顶板，长39 m，修复后通过锚网支护，同时间隔4 m 辅以木垛，木垛中间通过大板联锁。回采时此巷道不会对工作面产生很大的作用，移架时支架一定要充分确保和大板棚间良好接顶。同时，底板存在若干构筑物，回采过程中需要充分确保人员站位，避免甩出铁器之后伤害到人员。

2)回风巷。沿煤层底板布置，修复后支护方式与变电所相同。工作面到底层空巷时，需要将采高降低，最大限度地防止前滚筒割到回风巷顶板的支护器具，也就是需要充分确保其顶板处于稳定状态之中，顶层巷道的支护材料掉到刮板输送机时，需要尽可能快地将其取出来。

3)运输巷车场。这一部分的过空巷应对方法和上面的回风巷相同。

4 过空巷安全策略与回采效果

4.1 割煤控制

按照工作面顶板压力现状，考虑到其压力显现与煤墙垮落状况，当离空巷3 ～5 m 的时候，一定要最大限度地控制采高，防止采高过低，压死支架;过空巷或冒落区时，必须保证带压擦顶移架，控制好顶板，尽可能的避免该范围进一步拓宽。

4.2 两巷超前支护

过平行空巷时，两巷超前30 m 支护，主要是通过π 型梁配单体住进行，同时需要使棚距保持在0.8 m。

4.3 顶板管理

回采期间，必须控制割煤速度。过平行空巷期间，要适当进行工作面的调斜，即确保机头最早抵达空巷内侧，一定不能让机头机尾一起抵达，从而降低揭露空巷的控顶面积。与空巷接近时，煤壁厚度不断减小，非常容易片帮、冒顶，这期间需要适当减小割煤速度，同时在割煤之前一定要做好超前移架(支架)，在此基础上，还需要通过坑木来护顶，如果空巷位置出现顶板垮落，必须用坑木来填充空顶位置，从而加强顶板支护。空巷暴露部位，必须超前移出支架。护顶坑木必须最大限度地切顶，同时横穿外帮煤墙，割煤过程中一定要小心，避免割到坑木，同时还需要避免甩出物料造成人身伤害。如果顶板有所下降，机组无法顺利经过时，必须进行挑顶作业。工作面片帮现象非常明显时，必须打护帮柱(位置是煤壁处)，避免发生冒顶事故。必要时，在过空巷期间支架间增加金属防护网，通过这种方法避免冒落矸石造成一定的事故。

过平行空巷内侧煤壁时，空巷里面有锚杆支护，需要停止采煤机，闭锁刮板输送机，派人将锚杆取出来。当机组滚筒被金属物缠绕时，机组应当后退3 m，停机，闭锁，并且打设护帮柱加强支护，无任何危险的前提下，派人将刮板输送机中的锚杆取出来。过底板空巷时，需要超前20 m 支护，如果空巷完整，可以采用玻璃钢锚杆进行，如果空巷顶帮比较破碎，采用木垛进行支护。

4.4 回采效果

煤柱回收工作面进入到空巷1 ～2 m 位置，支架压力相对偏大，工作面冒顶、煤壁片帮程度加剧，在充分保证支架初撑力的前提条件下，并采取相应的应对策略之后，推进时没有出现严重冒顶、支架倒架等不利局面。期间工作面附近煤岩应力高度集中，来压明显，但由于推进迅速，来压强度并非十分大，尽管巷道出现了相对较大的变形，并未妨碍正常组织生产。顺利回采到煤炭16.8 万t，一方面使煤炭采出率显著提升，另一方面提高了经济效益。

5 结语

我们构建了煤柱回收工作面空巷围岩结构力学模型，研究了空巷支护阻力与宽度、支架支护阻力、基本顶厚度的联系;分析了回采巷道支护、空巷围岩稳定控制技术;为充分确保工作面顺利过空巷时，我们制定了相应的策略:两巷超前支护、割煤控制、顶板管理等有效方法，为煤柱回收工作面顺利推进提供了坚实的保障。