采煤工作面过空巷顶板支护技术研究

采煤工作面过空巷顶板支护技术研究

常飞

常飞

新疆焦煤（集团）有限责任公司新疆乌鲁木齐市830025

摘要：回采工作面过空巷时矿压显现较为明显，煤壁片帮严重、甚至出现支架压架、倒架等情况，制约矿井安全生产基于此，根据矿井实际情况，采用了充填支柱支护技术，对空巷进行支护，并对支护采用的支护材料及支护膜袋进行分析。现场应用结果表明，采用该技术方法后，矿压显现较为平稳，回采面顺利通过前方空巷。

关键词：回采面；空巷；支柱支护

1引言

矿井开采条件复杂，现场常构筑一些特殊用途的巷道位于工作面煤层中，或者由于历史原因一些小煤窑偷挖乱采等因素在煤层中遗留下不规则的回采巷道。工作面过空巷期间，一部分是因为支护强度不合理，导致工作面经过这些空巷时，在超前应力影响下，顶板冒落甚至发生压架事故。

2空巷破坏类型及技术手段

2.1空巷破坏类型

由于巷道在三向不等地应力与采掘活动的共同作用下，空巷变形破坏的类型也大不相同，其中，最常见的破坏类型可分为以下四种：（1）由双向均匀侧压力引起的顶板弯曲下沉，两帮移近的破坏。（2）由单向较大侧压力引起的顶板弯曲变形，空巷侧帮内缩的破坏。（3）由较大顶板压力引起的顶板剧烈弯曲下沉的破坏。（4）由较大底板压力引起的底板鼓起的破坏。

2.2过空巷技术手段

经分析，煤矿的空巷顶板下沉量大，不同位置的空巷有所差异，部分区域顶板冒落严重，针对回采工作面同时受到相邻采空区及掘进断层的影响，顶板破碎严重的问题，为有效解决工作面回采过空巷期间的顶板隐患，防止空巷内瓦斯积聚，需采用锚杆、锚索补强支护法、木垛支护法与全部充填法联合支护工艺，即对锁边空巷内的顶板进行加固后，对锁边空巷采用全空巷充填。

3工作面过空巷顶板稳定性分析

随着工作面不断推进，工作面上覆顶板呈周期性折断，当顶板折断位置位于空巷前方或者空巷后方时，折断的顶板形成了类似简支梁的结构，对其下方空巷起到保护作用。当顶板折断位置刚好位于空巷上方时，关键岩块随工作面的回采，发生滑落失稳和回转变形，作用于空巷上方，使空巷周围岩体应力增加，当工作面回采到临近空巷时，剩余的煤柱难以支撑顶板变形所产生的应力，可能出现压垮煤柱，空巷发生严重变形导致工作面难以通过。因此为了最大限度地缓解顶板滑落失稳和回转变形对空巷造成的影响，必须提高空巷自身的承载能力。

4过空巷技术方案

4.1充填支柱支护方式

1）道木：将数根道木堆积打设成道木垛进行支护空巷。优点：过空巷时，由于超前支承压力作用，顶板发生下沉变形，道木属于可变性量大的支护材料，能够在顶板下沉时，给与顶板让压变形，能够释放部分支承压力，进而能够很好地保证空巷的稳定性，不会发生冒顶事故。缺点：过空巷时，道木垛无法回收，采煤机割煤时，木材进入原煤，同时采煤机切割道木时，道木垛会发生坍塌。从而空巷内支柱道木垛会影响煤质，更无法保证道木垛支撑的稳定性。2）单体液压支柱：单体支护空巷顶板。优点：单体支柱支护空巷速度快，单体能够泄液回缩，起到让压作用，支护强度较高。缺点：打设空巷单体支柱无动力源，需要安设一台临时泵站。过空巷时，单体回收困难，人工回收存在较大风险。单体内的乳化液对井下水质影响较大，不利于环保。3）泵送支柱：泵送支柱支护空巷顶板。优点：泵送支柱支护强度高，具有一定变形量，采煤机较容易切割，不用回收支护材料。缺点：空巷支护费用高，泵送支柱材料进入原煤影响煤质。

4.2充填材料

支柱支护采用充填材料以及充填模袋等材料组成。充填材料采用无机活性材料混合而成，主要成分有矿粉、硅粉、硅酸盐水泥等，通过选用合适的配合比，配置浆液，保证浆液注入到充填膜袋之后无沁水出现，并且能够快速的凝结成型，充填材料同时还有粘度较低，强度高等特征，满足长距离泵送需要。充填膜袋采用的是新型PVC材料，内部含有缠绕的钢丝，便于对注入的充填材料进行束缚，同时充填支柱膜袋还应具有较大的抗拉强度、防火、膜袋可以根据空巷尺寸进行定量制作。充填支柱支护应根据现行井下实际需要，设计成不同支护特点的材料，以便满足回采开采过程中动压的影响，经过试验分析在对充填支护进行设计时，采用双层设计更能满足对巷道顶板的支护，充填支柱上部分设计为让压层，在回采动压影响下，允许巷道顶板出现一定程度的下沉，以便在回采面强烈动压作用时起到一定的让压作用，让压层厚度设计在300mm左右。充填支柱的支撑力强度一般设计为15-20KN，当埋深较深时，需要较强的支护强度时，可以将支撑力强度设计为20KN以上。

4.3补强支护

（1）在两条锁边空巷内断层前后进行锚索吊挂钢筋梯（两条锁边空巷各使用Φ21.7mm×7400mm锚索20根）进行顶板加固。（2）在锁边空巷内吊挂废旧轨道，加大充填体强度。（3）在锁边空巷内吊挂菱形网，并将菱形网与原巷帮金属网相联接，形成一个整体，减少架间漏矸。（4）工作面过锁边空巷前加强两巷超前支护。具体措施为：在锁边空巷口架设铁棚13架，木棚9架，在锁边空巷口及前后架设木棚40架，在锁边空巷口处架走向抬棚14架。两巷超前支护内单体柱改为一排四柱，各巷超前支护≥30排。

4.4效果分析

为分析工作面空巷采用局部充填工艺时的效果，通过采用YHY－604型液压支架测力仪对工作面ZY12000－30/68D型液压支架在推进过程中压力的变化情况进行观测，对观测数据的均值处理后得到液压支架的工作面阻力变形曲线。当工作面与空巷之间的距离大于40m时，此时支架的平均工作阻力约29.5MPa，当工作面与空巷间的距离在20～40m时，此时工作面液压支架的工作阻力有所增加，在工作面与空巷间的距离小于20m时，此时工作面液压支架的最大工作阻力达到30.5MPa，与大于20m时相比增幅不大，仅增长了3.4%，且在该阶段液压支架的工作阻力仍小于工作面支架安全阀的开启压力，在工作面推过空巷后，液压支架的工作阻力又逐渐减小。另外根据现场观测可知，工作面在推进过空巷期间，无冒顶、压架等矿压显现现象出现，工作面安全顺利通过空巷区域，表明工作面采用局部充填的方法过空巷效果较好。

5结束语

采用充填支柱支护空巷顶板较传统的支护方式而言具有更强的支撑能力，较大幅度的让压距离，较大的残余支撑强度，是综采工作面过空巷时巷道的一种较好支护方式，不仅可以保证巷道围岩稳定，而且还能降低回采面矿压显现程度。在回采面过空巷的应用实践也表明，该技术方法能保证回采面安全平稳的穿过空巷，应用效果明显。

参考文献：

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作者简介：

常飞男汉族（1989.07.17～）籍贯：甘肃张掖市学历：本科现从事煤矿开采技术工作