張 斌

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

0 引言

分層開采作為一種相對(duì)特殊的煤炭開采方法，其下分層工作面開采工藝工序的復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于一次性采全高開采。隨著煤峪口礦數(shù)十年的持續(xù)開采，礦田資源日益枯竭，如何利用分層開采技術(shù)盡可能回收煤炭資源成為煤峪口礦必須研究的問(wèn)題。在實(shí)際工作中，采取有效方式布置下分層采煤工作面，設(shè)計(jì)合理的巷道支護(hù)形式，采取多措施的通風(fēng)管理和安全管理，是保障下分層安全開采的必要手段。

1 工作面概括

11-12號(hào)層307盤區(qū)現(xiàn)階段為煤峪口礦主采盤區(qū)之一。煤層走向近似N W-SE，傾向N E，傾角2°～5°，煤層厚度4.2～7.96 m；分上、下2個(gè)分層，上分層為8701工作面，采高3.2 m，于2001年開采，現(xiàn)布置下分層8705工作面并對(duì)其進(jìn)行回采。

考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，同層?xùn)|北為11-12號(hào)層8703采空區(qū)，面間煤柱距離34 m，分層開采，上分層于2007年開采，采厚3.2 m，下分層于2013年開采，采厚2.2 m；上覆西部為11-12號(hào)層8703采空區(qū)，與8701面間煤柱18 m，于2019年開采，采厚3.2 m。

另外，受上分層工作面采動(dòng)影響，頂板已經(jīng)經(jīng)歷初次來(lái)壓與周期來(lái)壓，且經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)年的時(shí)間，煤層的老頂也已基本穩(wěn)定。預(yù)計(jì)在下分層開采過(guò)程中，工作面的礦壓顯現(xiàn)不明顯。但是由于下分層的頂板為頂煤及再生頂，破碎程度大，破碎的頂板必然給掘進(jìn)、通風(fēng)、回采等造成綜合性的管理困難。尤其在回采過(guò)程中，頂板往往很難控制，會(huì)出現(xiàn)頂板局部漏頂、頂板隨采隨冒、回關(guān)門柱時(shí)破碎的巖石易竄入工作面等，從而給安全生產(chǎn)帶來(lái)一定的安全隱患。

2 下分層采煤工作面設(shè)計(jì)方案

2.1 下分層工作面布置

為使得巷道易于掘進(jìn)維護(hù)，11-12號(hào)層307盤區(qū)下分層8705工作面布面方式采用與上分層8701工作面采空區(qū)內(nèi)錯(cuò)布置，距上分層工作面煤柱8～10 m布置2條順槽，使工作面煤柱加大，巷道在采空區(qū)下方掘進(jìn)，回避了上方煤柱的水平應(yīng)力集中區(qū)域，容易掘進(jìn)和維護(hù)，也利于回采期間兩巷的維護(hù)與頂板控制。工作面布置如圖1所示。

圖1 11-12#層307盤區(qū)8705工作面與11#層層間對(duì)照?qǐng)D

2.2 巷道支護(hù)

兩巷上覆頂煤平均約為2.5 m，頂煤半亮，玻璃光澤，煤質(zhì)較硬，容重1.37 t/m3，單軸抗壓強(qiáng)度10.2～20.5 MPa,普氏巖石堅(jiān)固性系數(shù)1.05～2.05。再生頂厚由垮落巖石膠結(jié)形成，單軸抗壓強(qiáng)度和普氏巖石堅(jiān)固系數(shù)較小，破碎程度較大。為保證采掘期間兩巷頂板控制穩(wěn)定，采取以下技術(shù)措施：5705巷長(zhǎng)706 m（其中正巷588 m），沿煤層底板掘進(jìn)。0～520 m上覆為11-12號(hào)層采空區(qū)，巷道施工為拱形斷面，規(guī)格：4 500×3 000 m，采用U29可縮型支架和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，棚距1 m；5705巷520～706 m上覆為實(shí)煤，巷道施工為矩形巷道，規(guī)格：5 000 mm×3 000 mm，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，每1 m施工1組W型鋼帶，錨索每3 m施工2根，間距3.5 m。

2705巷長(zhǎng)706 m，沿煤層底板掘進(jìn)。2705巷0～506 m上覆11-12號(hào)層采空區(qū)，巷道施工為拱形斷面，規(guī)格：4 500 mm×3 000 mm，采用U29拱型棚和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)；506～706 m上覆實(shí)煤，巷道施工為矩形巷道，規(guī)格：5 000 mm×3 000 mm，采用吊梁、金屬網(wǎng)、噴漿聯(lián)合支護(hù)，工字鋼梁每1 m吊掛1根。

為保證兩巷頂板完整性，減少局部漏冒頂事故。兩巷加強(qiáng)背頂管理，在頂板破碎區(qū)域（頭巷600～620 m、300～340 m），先鋪設(shè)塑編網(wǎng)，搭接完好，然后再鋪設(shè)板皮，減少頂煤破碎漏煤。在頂煤厚度低于1.5 m的區(qū)域（頭巷210～270 m、尾巷160～250 m），注射馬麗散粘結(jié)劑固定頂煤，保證頂板完整，并進(jìn)行噴漿處理，避免破碎頂板進(jìn)風(fēng)引發(fā)采空區(qū)火災(zāi)。

2.3 切巷施工

因工作面頂煤厚度平均為3.4 m，最薄處約為1.6 m，采取傳統(tǒng)的大斷面施工法開掘工作面切巷會(huì)導(dǎo)致巷道跨度大，頂煤受荷載壓力破碎給切巷維護(hù)造成重大難度，也存在上覆采空區(qū)有害氣體下泄的安全隱患。綜合考慮后，我礦采用二次施工法掘進(jìn)切巷。即由機(jī)掘隊(duì)先開掘切巷初始斷面（巷寬4.2 m），然后由工程隊(duì)采用減小裝藥量的方式并配合人工裝渣完成切巷壁龕（長(zhǎng)18 m、深1 m）的施工。

在初始斷面完成并支護(hù)完好后，由綜采隊(duì)進(jìn)行二次刷大斷面。支護(hù)形式采用緊追機(jī)組支設(shè)4 m工字鋼梁，邁步式前探前移的方式刷出整個(gè)斷面。

3 通風(fēng)管理

3.1 上隅角瓦斯抽采

上分層11-12號(hào)層采空區(qū)甲烷濃度為0.15%～0.70%，二氧化碳濃度為3.32%～9.24%。由于層間距較小，回采期間受采動(dòng)影響可能出現(xiàn)頂板裂隙發(fā)育或與上覆采空區(qū)連通，導(dǎo)致上覆采空區(qū)內(nèi)的瓦斯、二氧化碳等氣體下泄至8705工作面，造成8705工作面出現(xiàn)瓦斯超限、上隅角出現(xiàn)低氧現(xiàn)象。為防止上分層有害氣體下泄，在5705巷掘進(jìn)完畢等待貫通期間，采用在5705巷敷設(shè)瓦斯抽放管路，對(duì)5705巷進(jìn)行封閉并巷抽有害氣體，超前治理上分層氣體下泄安全隱患。在回采期間采用選取上隅角瓦斯抽采方法，在11-12號(hào)層5705巷布置抽采管路，在距上隅角80 m處布置600 mm的風(fēng)筒使其與鋪設(shè)在5705巷的抽采管路相連，利用井下移動(dòng)式瓦斯抽放泵對(duì)11-12號(hào)層8705工作面上隅角有害氣體進(jìn)行抽采。

3.2 注氮防滅火

回采期間，在2705巷280～340 m施工6組頂板穿煤注氮鉆孔，孔距5 m，全天不間斷進(jìn)行注氮防滅火，預(yù)防上分層采空區(qū)遺煤自燃。

4 安全管理

回采期間，嚴(yán)格執(zhí)行“追機(jī)移架”制度。在頂煤裂隙發(fā)育、破碎的情況下，及時(shí)采取超前帶壓移架措施。保證工作面“三直兩平兩暢通”，支架接頂嚴(yán)實(shí)，相鄰支架頂梁平整，無(wú)明顯錯(cuò)差，支架不擠、不咬；支架端面距不大于300 mm。

回采期間，隨時(shí)觀察工作面頂煤壁及頂板情況，發(fā)現(xiàn)有片幫或頂板破碎問(wèn)題，及時(shí)采取預(yù)注馬麗散安全措施，保證頂煤穩(wěn)定性。在工作面回采至頂煤厚度低于1.5 m區(qū)域，適當(dāng)調(diào)整工作面采高，加強(qiáng)工作面機(jī)電設(shè)備檢修管理，迅速通過(guò)頂煤變薄區(qū)域。

合理制定兩巷U29可縮型支架回撤計(jì)劃，采煤機(jī)前（后）滾筒割至距端頭5 m且巷道支護(hù)距工作面煤壁≤0.5 m時(shí)，在頭、尾“三角”區(qū)頂板完整的情況下方可回撤第一排（工作面煤壁處）支架第1、2節(jié)棚腿(里煤幫側(cè)），其余3節(jié)采用在其下方支設(shè)單體或架設(shè)邁步抬棚將其固定，待這3節(jié)棚腿過(guò)支架切頂線后再進(jìn)行回撤，且必須堅(jiān)持“先支后回”原則。

在綜采工作面頭、尾三角區(qū)域加強(qiáng)支護(hù)，兩巷端頭采用抬棚支護(hù)（6 m鋼梁）一端支設(shè)1根單體，另一端與完好U型棚用卡欄固定，并在U型可縮型支架人行側(cè)卡欄處支設(shè)單體，抬棚步距0.5 m，隨采隨移，具體如圖2、圖3所示。

圖2 工作面煤壁-尾端頭支護(hù)示意圖

圖3 工作面煤壁-轉(zhuǎn)載尾端頭支護(hù)示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

采取該套分層開采技術(shù)體系布置的下分層工作面，頂板穩(wěn)定易控制，消除了上覆氣體泄漏等隱患，可實(shí)現(xiàn)下分層工作面的快速布置，安全效果好。促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)，增加了煤峪口礦資源回收量，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。