郭 帥

(神東煤炭集團(tuán)石圪臺(tái)煤礦，陜西 榆林 719000)

0 引言

石圪臺(tái)煤礦12402綜采工作面位于1-2煤四盤區(qū)。由于前期工程需要在工作面前方留有一條空巷，空巷周圍巖體破碎，層間距較小，巷道失修嚴(yán)重。為保證工作面能安全順利推過空巷，相關(guān)技術(shù)人員通過重新設(shè)計(jì)支護(hù)方式，調(diào)整開采工藝，制定安全措施，保證了礦井的安全高效開采[1-3]。

12402綜采工作面開采煤層為1-2煤，位于石圪臺(tái)井田1-2煤四盤區(qū)，工作面長度338 m，推進(jìn)長度481.5 m。煤層傾角為1°～3°，回采面積20.16萬m2，煤層厚度為2.7～3.2 m，平均2.9 m，設(shè)計(jì)采高2.9 m，煤層埋深為60～65 m?；卷敒榉凵皫r、風(fēng)積沙、1-2上煤、細(xì)粒砂巖，平均厚度14.5 m；直接頂為粗粒砂巖、粉砂巖、中粒砂巖，平均厚度4.3 m；直接底為泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖，平均厚度4.6 m。

工作面前方存在一條空巷，空巷距離12402輔運(yùn)順槽正幫96.2 m，對(duì)應(yīng)工作面支架136～140架，空巷長165 m，寬5.4 m，高3.0～3.5 m，平均3.2 m，該空巷位置上方為1-2上煤采空區(qū)，此處1-2煤與1-2上煤層間距3.6～4.8 m。

圖1 工作面空巷位置示意圖

1 空巷支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

工作面空巷位置如圖1所示。工作面空巷寬5.4 m，高3.2 m，采用螺紋鋼錨桿支護(hù)，錨桿直徑為18 mm，長1 800 mm，間排距1 000 mm，經(jīng)現(xiàn)場查看，空巷存在多處冒頂區(qū)，冒落高度0.2～0.3 m。為保證工作面安全開采，需對(duì)原巷道支護(hù)可靠性進(jìn)行驗(yàn)算。

1.1 未受采動(dòng)時(shí)的空巷支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

空巷至工作面一定距離時(shí)，不受采動(dòng)影響。此時(shí)空巷單位面積承受壓力為P1，空巷頂板錨桿支護(hù)系統(tǒng)為一個(gè)斷面6根頂錨桿，實(shí)測一根錨固力均值為90 kN，一個(gè)斷面錨固力為P2。其中，

P1=S1×H1×γ1

式中：S1—單位面積巖塊暴露面積，S1=5.4×1=5.4 m2；H1—危險(xiǎn)巖塊高度，為兩煤層之間最大層間距，取4.8 m；γ1—上覆巖層平均容重，γ1=20.4 kN/m3。

P1=5.4×4.8×20.4=528.8 kN

P2=90×6=540 kN

P1

1.2 受采動(dòng)影響時(shí)的空巷支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

工作面推進(jìn)至空巷一定距離時(shí)，受采動(dòng)影響，此時(shí)空巷單位面積承受壓力為P3。按照估算法，P3相當(dāng)于4～8倍采高巖石所承受的重量。由于工作面上覆為1-2上煤采空區(qū)，基本頂在1-2上煤回采過程中已經(jīng)破壞，因此工作面礦壓顯現(xiàn)并不明顯，根據(jù)現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果，工作面頂板最大為4倍采高。此時(shí)P3為

P3=S1×h×4×γ1

式中：h—工作面采高。

P3=5.4×3.5×4×20.4=1 542.2

P2

因此，工作面推進(jìn)至空巷一定距離時(shí)，必須加強(qiáng)支護(hù)。

1.3 空巷錨桿加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

經(jīng)過技術(shù)人員現(xiàn)場分析，考慮到該巷道屬于近距離煤層，決定對(duì)該空巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用“錨桿+錨索+W鋼帶”，錨索采用直接17.8 mm，長為3.5 m、4.0 m、4.5 m、5.0 m，其長度根據(jù)揭露的煤層層間距并保證錨固段在穩(wěn)定巖層中。間排距為2 000 mm的7股鋼絞線錨索，每排布置3根，每根錨桿配備1卷CK3540樹脂錨固劑，要求預(yù)緊力≥100 kN，錨固力≥200 N·m；最大破斷載荷為454 kN，安全系數(shù)k2取1.1，頂部鋪設(shè)8號(hào)鐵絲菱形網(wǎng)。錨索下方采用W鋼帶補(bǔ)強(qiáng)。

兩幫采用直徑為16 mm，長1 600 mm，間排距為1 000 mm的高強(qiáng)度玻璃鋼錨桿，靠頂板錨桿距頂300 mm，每排3根，每根錨桿配備一卷CK3540樹脂錨固劑。

補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，錨索錨固在基本頂內(nèi)。頂板空巷單位面積承受壓力為P4

P4=90×6+3×454×1.1=2 038.2 kN

P4>P3，即受采動(dòng)影響時(shí)，空巷錨桿加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)的支護(hù)強(qiáng)度能滿足安全要求。

1.4 架棚加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

考慮工作面上覆1-2上煤回采過程中已經(jīng)對(duì)空巷上覆頂板進(jìn)行了擾動(dòng)破壞，當(dāng)12402工作面推進(jìn)至空巷一定距離時(shí)，在工作面超前應(yīng)力的影響下，直接頂會(huì)加速破壞，為避免直接頂產(chǎn)生局部冒頂，保證過空巷時(shí)頂板的完整性，決定在空巷內(nèi)架設(shè)工字鋼棚。

采用5.4 m棚梁11號(hào)工字鋼進(jìn)行架棚支護(hù)，兩端用單體進(jìn)行支護(hù)，現(xiàn)場支護(hù)如圖2所示。

圖2 空巷現(xiàn)場支護(hù)圖

2 過空巷施工方法及安全措施

2.1 過空巷施工方法

過空巷具體施工方法主要由作業(yè)前安全確認(rèn)、回撤空巷內(nèi)單體柱、瓦斯檢查、采煤機(jī)割煤、移液壓支架、采煤機(jī)割煤、推刮板輸送機(jī)等工藝組成[4]。

作業(yè)前安全確認(rèn)：主要包括各工種作業(yè)前的氣體情況檢查，要求作業(yè)地點(diǎn)氧氣濃度達(dá)18%以上，一氧化碳濃度在24 ppm以下，瓦斯?jié)舛仍?.8%及以下，方可作業(yè)；作業(yè)周圍環(huán)境檢查，要求嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂，由頂?shù)綆?、由近及遠(yuǎn)、從上往下處理活矸、危巖；采煤機(jī)司機(jī)、液壓支架工等操作設(shè)備設(shè)施檢查。

一梁兩柱棚子支護(hù)：每班由跟班隊(duì)長，對(duì)空巷內(nèi)采用單體液壓支柱和3.3 m工字鋼進(jìn)行一梁兩柱棚子支護(hù)。

割煤：工作面推進(jìn)至空巷前，調(diào)整采煤機(jī)前滾筒割頂煤，刮板輸送機(jī)平直，采用超前拉架方式及時(shí)支護(hù)暴露頂板，拉架后及時(shí)打開護(hù)幫板，隨后割煤、推溜、清理浮煤。

2.2 過空巷安全措施[5]

過空巷時(shí)，巷內(nèi)支設(shè)單體柱初撐力達(dá)90 kN以上，所有單體必須穿鞋、帶帽，連接可靠。每班由專人對(duì)空巷內(nèi)支護(hù)進(jìn)行維護(hù)，對(duì)正、副巷和空巷距煤壁20 m范圍內(nèi)的超前支護(hù)進(jìn)行加固補(bǔ)液。

工作面與空巷首次貫通時(shí)，工作面空巷下風(fēng)側(cè)不得有人員作業(yè)。

過空巷期間，必須確保支架頂梁無浮煤、浮矸，溜子平直，支架接頂嚴(yán)實(shí)，初撐力大于252 bar。

空巷內(nèi)回柱時(shí)，必須停止工作面工作，并閉鎖開關(guān)。回柱期間嚴(yán)禁人員操作作業(yè)地點(diǎn)前后9 m(5架)內(nèi)的支架。

通過采用過空巷施工方法及安全措施，12402工作面過空巷期間未發(fā)生空巷內(nèi)大面積冒頂，保證了礦井的采掘銜接平衡和安全高效開采。

3 結(jié)論

(1)通過空巷支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算，石圪臺(tái)煤礦12402工作面空巷在未受采動(dòng)影響段不需進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；受采動(dòng)影響段，需要對(duì)空巷進(jìn)行錨索及架棚支護(hù)。

(2)通過空巷加強(qiáng)支護(hù)，采用過空巷施工方法及安全措施，12402工作面過空巷期間未發(fā)生空巷內(nèi)大面積冒頂，保證了礦井的采掘銜接平衡和安全高效開采。