井巷设计优化对顶板管理矿压防治的作用研究

罗双健

(山西汾西香源煤业有限责任公司 ,山西 吕梁 030500 )

顶板管理矿压防治一直是煤矿生产中的一大难题，如何简单有效地控制巷道顶板，是实现煤矿高效发展的重要内容。浅埋煤层的顶板管理已经形成一套完善的技术，但随着浅埋煤层的减少，煤矿开采逐步向深部延伸，深部煤层赋存条件复杂，导致出现许多顶板管理难题[1-3]。随着同忻矿开采的深入，强矿压导致巷道与工作面出现底鼓变形等问题，严重影响了矿井的正常生产。本文以此为研究背景，对原井巷设计进行优化研究，研究结果对解决该矿顶板管理难题具有重要意义。

1 工程背景

同忻矿为同煤千万吨矿井，井田面积84.52 km2，设计可采储量8.5亿t，服务年限62.4 a，开采煤层赋存稳定、储量丰富、结构简单、开采技术条件相当好。煤质为特低硫、特低磷、中高发热量的优质级动力煤，洗选后精煤发热量可达23 027 kJ以上。矿井采用斜、立井混合的开拓方式，生产系统采用国内外最先进的的壁式一次采全高地低位放顶煤工艺，形成了集中出煤与集中运输、分区通风和分区开拓的生产布局，矿井的生产更加安全、高效[4-5]。

2 综放工作面巷道掘进期间煤流系统优化

2.1 新旧掘进期间煤流系统及优化内容

1) 传统的工作面巷道掘进期间煤流系统掘进顺序如图1所示。8203工作面掘进期间3条巷道(5203巷、2203巷、8203顶抽巷)，先开掘5203巷。在盘区辅运巷，开口掘进料斜巷，到达5203巷指定位置后先开掘回风绕道形成回风系统。形成回风系统以后，再与盘区胶带巷贯通，形成运输系统。回风系统和运输系统形成后就可以向上开掘正巷。

图1 8203工作面平面

在正巷运煤系统形成前掘进煤的运输是由进料斜巷铺设1部胶带运输到盘区辅运巷，再由盘区辅运巷铺设1部胶带运输到最近的辅胶联巷，由辅胶联巷再铺设1部胶带与盘区胶带巷连接，形成临时运输系统。在5203巷与盘区胶带巷贯通后，形成永久运煤系统直接上盘区胶带时可以撤去之前的临时运煤系统。8203顶抽巷与5203巷同理。

2) 改造后的工作面巷道掘进期间煤流系统掘进顺序如图2所示。8202工作面掘进期间3条巷道(5202巷、2202巷、8202顶抽巷)，先开掘5202巷。从盘区辅运巷开口直接掘进5202巷，从盘区胶带巷下500 mm处穿过(穿过前提前在盘区胶带巷与5202巷立体交叉区域采取加强支护措施，密铺工字钢)，然后再向上保持一定方位角掘进到5202回风绕道开口处，再掘进5202巷回风绕道与盘区回风巷贯通，形成回风系统后，队组后撤到达盘区胶带巷与5202回风巷交叉区域，从另一指定位置处挑顶与盘区胶带巷贯通，贯通口长宽高必须满足1部胶带及设备的正常稳装与运行，在挑顶处铺设1部胶带连接5202回风巷与盘区胶带巷，形成煤流系统。

图2 5202巷剖面

2.2 新系统的创新性与掘进工作顶板管理的积极作用

1) 技术方面，新系统首创不完全贯通，回风巷密铺工字钢过盘区胶带巷，回风巷胶带挑顶上盘区胶带巷，构建立体交叉点，采用提前在上面巷道的交叉区域密铺12号工字钢，长9 m，间排距100 mm，支护效果好，且在巷道掘进准备期间可先完成密铺工字钢工作，节约施工时间。

2) 经济方面，节省了几部胶带的铺设及其相关设备的维护、检修、日常电费等费用，节省了1条巷道的施工费用及维护费用，目前新的系统已经在同忻矿北一盘区西8101工作面，北二盘区8202工作面使用，并取得重大成果。

3) 顶板管理方面，正巷与盘区胶带巷立体交叉点的改进，只需施工1条回风绕道即可满足回风巷掘进期间的各种需求，大大减少了工程量，同时减轻了矿方日常顶板管理、巷道维护工作。

3 综放工作面进风巷升压系统创新

3.1 升压系统及优化内容

根据同忻矿工作面的具体条件，一般在工作面胶带巷的进料斜巷施工1条升压措施巷来进行矿井均压通风，而创新点就在于，新设计的升压措施巷既是目前的工作面的升压措施巷又是旁边工作面的系统巷。现工作面采完密闭后，就可以作为旁边工作面的进料斜巷，一条巷道两次使用，减少了巷道的掘进量，有益于顶板管理。

3.2 新系统的创新性与掘进工作顶板管理的积极作用

本矿于2015年初优化了西8207工作面2207巷升压措施巷的设计，使其不仅作用于当前的工作面，还可用于相邻西8205工作面系统巷的一部分，减少了工作面系统巷的工程量以及回采结束巷道的密闭量，该技术通过提高工作面系统巷的使用率，不减支护不缩断面而节约了大量生产成本，对矿井顶板管理以及矿压防治起到积极的作用，以西8207与8105工作面举例说明，如图3所示。

图3 升压系统

北一盘区8105工作面由盘区辅运巷开掘两条巷道与2105巷系统巷贯通，一条用作进料斜巷，一条用作升压措施巷。可是一旦回采结束，这两条巷道就没有任何作用了，并且都需要密闭处理。而使用优化后的西8207工作面，虽然同样是开掘两条巷道从盘区辅运巷到2207巷，可是，当回采工作结束后，2207巷升压措施巷还可以作为相邻西8205工作面的系统巷道二次使用。

优化后的升压系统减少了工作面系统巷的工程量，减少了回采结束时巷道的密闭量，提高了巷道的使用率；不通过减少支护来节支降耗，工作面开口区域本来就需要施工进料斜巷、回风绕道、正巷，再加上升压措施巷，整个区域顶板管理任务艰巨，如果每两个工作面都只需要1条升压措施巷的话，对矿井顶板管理以及矿压防治都会起到很好的作用，产生积极的效果，为矿井生产创造巨大效益。

4 结 语

本文针对同忻矿强矿压导致巷道与工作面出现底鼓变形等问题，以严重影响矿井的正常生产为研究背景、改进井巷设计为目标，对原井巷设计进行优化研究，主要结论如下：

1) 对综放工作面巷道掘进期间煤流系统进行优化，首创不完全贯通，回风巷密铺工字钢过盘区胶带巷，回风巷胶带挑顶上盘区胶带巷，构建立体交叉点。系统优化后，从技术、经济及顶板管理各方面分析了其积极性。

2) 对综放工作面进风巷升压系统进行创新设计，新设计的升压措施巷既可服务于当前工作面及相邻工作面的系统巷，又可在工作面采完后，作为相邻工作面的进料斜巷，极大地减少了巷道的掘进量，有益于矿方进行顶板管理。