达竹煤电（集团）公司金刚煤矿 四川 达州 635018
摘要：本文以达竹公司金刚煤矿31111综采工作面在回采过程中过走向斜交型错层老巷为例，为防止出现支架无法接顶、倒架咬架和老巷大面积片帮冒顶等严重制约生产情况，经过理论研究和设计，采取提前补强、支护人工假顶等多种技术，最终取得过巷取得安全可靠的效果，为类似综采工作面过走向斜交型错层老巷开采提供借鉴依据。
关键词：综采工作面；倾斜煤层；过巷；走向斜交型错层；人工假顶
1、概况
综采工作面跨靠巷技术是一项先进、绿色的煤矿开采技术，通过跨巷技术解决了生产中的很多难题。达竹公司公司金刚煤矿结合该矿31111综采工作面在回采过程中过走向斜交型错层老巷，根据地质条件、老巷与工作面的位置关系。经过理论研究和设计，采取锚网索支护、单体支柱支护、人工假顶等技术。最终过巷取得了施工简单、安全可靠的效果，为类似综采工作面过走向斜交型错层老巷开采提供借鉴依据。
2、项目背景
2.1 31111工作面走向约1160m，倾斜平均长约210m，煤层平均倾角为12°左右。工作面内、外连煤层稳定，外连煤层平均煤厚0. 50m，内连煤层平均煤厚为0. 53m，内外连煤层间为高炭质泥岩、矸石组成。工作为合层开采，平均采高2.0m。外连直接顶板为泥岩、砂质泥岩，普氏硬度系数为3～4，平均厚度约为1. 62m左右。老顶为浅灰、灰色粉砂岩及浅灰色细-中粒砂岩，普氏硬度系数为6。内连底板为粉砂质泥岩，普氏系数为3～4。总体上看合层开采煤层的直接顶板、底板应属（Ⅱ类）中等坚硬顶板、底板；老顶为简单坚硬顶板。
2.2工作面采煤方法：走向长壁后退式采煤法。采用MG200/468－WD型无链双驱动电牵引采煤机进行割煤。工作面采用ZY2400/12/26型支撑掩护式支架（支护强度为0.46-0.52Mpa，支护高度1200mm-2600mm）支护工作面顶板。采用全部陷落法处理采空区。最大控顶距3.81m，最小控顶距3.21m，每循环截深0.6m，工作面最大端面距为340mm。工作面每推进一刀放一次顶，放顶步距为0.6m。
2.3 老巷基本情况
2.3.1 原老巷（即311配风巷）在掘进时，将直接顶煤线以上的顶板作为巷道顶板，顶板采用树脂锚杆支护，老巷顶板整体性好，未发生离层和明显位移。老巷采用定坡度掘进，巷道宽2.7-3.6m，中高3.0m左右。掘进时巷道支护如图2.1所示，顶板采用锚杆支护，锚杆间排距均为0.9m，锚杆长为1.8m，直径为18mm，托板规格为120×120×8mm3。
2.3.2 31111工作面过311配风巷段约460米，如图2.2所示，工作面与311配风巷呈走向斜交型，斜交夹角约55-75°，过巷时由于采动超前压力的影响，该老巷将出现片帮及顶板垮落等现象，造成31111工作面回采该位置时，该段采高最高可达5m，超过ZY2400/12/26型号支架最高支护高度2600mm，支架无法接顶，出现支架咬架、倒架等情况。
图2.1 311配风巷原支护设计图
图2.2 工作面过老巷示意图
3、工作面过老巷对回采影响理论研究
3.1 老巷围岩压力沿工作面推进方向分布规律
在311配风巷沿工作面推进方向的不同位置，顶板应力分布如图3.1所示。老巷与工作面无论以何种方位交汇，超前工作面煤壁一定距离的老巷顶板均会出现一次最大应力显现。结合巷道围岩应力分布，巷道顶帮承受的压力均会在最大应力出现时得到显现，而此时311配风巷巷顶帮围岩的控制状态最为关键。
图3.1 回采工作面前后方的应力分布
Ⅰ—工作面前方应力变化区；Ⅱ—工作面控顶区；Ⅲ—垮落岩层松散区；Ⅳ—垮落岩石逐渐压缩区；Ⅴ—垮落岩石压实区A—原岩应力区；B—应力增高区；C—应力降低区；D—应力稳定区
3.2 受采动压力的影响程度与配风巷和工作面构成的夹角有关。配风巷受采动压力影响范围L与配风巷和工作面的夹角α有关：
L=（10～30）/sinα
上式表明，超前压力影响配风巷的范围与夹角α的正弦成反比，夹角α越小，超前压力影响长度越大，矿压显现越强烈，对配风巷内支护、顶板两帮完整性的破坏程度越大，所以回采工作面期间应多采用俯采或真倾角开采，增大配风巷和工作面的夹角。
3.3 过配风巷实际上是增大了工作面局部的控顶面积，使过巷段煤壁在超前采动压力的作用下，强度降低。配风巷的宽度越大，每次工作面揭露的长度越大，对过巷段支护、煤壁管理难度越大。以巷道宽度为b，工作面与配风巷夹角α进行计算，揭露配风巷长度 L’为：
L’=b/sinα
上式表明，当α 值一定时，揭露配风巷长度L’与该段配风巷宽度b成正比，配风巷宽度b越大，被揭露的露配风巷长度L’值越大，控顶面积越大，矿压显现就越明显，配风巷内支护、顶板两帮完整性的破坏程度越大，对生产影响越大，所以必须提前对311配风巷巷帮进行加强支护，有效保证配风巷宽度不再增大。
4、过巷方案技术研究
4.1 巷帮补强
老巷顶板已采用树脂锚杆支护，树脂锚杆的预应力确保了巷道顶板所成压力拱抗压能力较强。因此巷帮的支撑能力是巷道围岩维护的关键。有作面回采时巷道围岩的应力分布规律可知，巷道两帮的支撑应力远大于该处原岩应力，受回采超前压力的影响，还会进一步增加。为了保证在回采前不发生开裂、离层、滑动，必须采取加固措施以增加巷帮的承载能力。
在巷道两帮采用直径Ø=35mm；L=1500mm的金属管缝式锚杆加菱形金属网支护，锚网搭接处采用铁丝铰接，确保巷道片帮时，有一定的防护能力，巷道支护断面如图4.1所示。
图4.1 巷帮补强支护设计
4.2 顶板补强
在超前工作面煤壁一定距离，属于应力增大区。因而在超前煤壁的应力增大区域内，巷道的顶帮应力会相应的增大。且回采过程中，特别是在超前压力增大区，围岩应力是变化的，且该区域顶底板会发生相对位移，从而导致围岩的完整性下降，致使老巷围岩承载能力减弱。在距离工作面煤壁20m以内，采用双排单体支柱加强支护，支柱柱距1.0m，单体支柱初撑力不小于90kN，改善老巷应力过于集中的状态。
4.3 人工假顶方案
工作面在过老巷前，已经对老巷顶帮进行加强支护，为了确保工作面过巷的可靠性，在老巷内以旧钢轨、旧枕木、旧皮带、菱形铁丝网、报废钢丝绳为人工假顶材料敷设人工假顶。敷设宽度略小于老巷宽度。假顶从下至上分别是：沿走向铺设的钢轨，数量3根；垂直走向铺设钢轨，间距1m；金属菱形锚网，锚网与两帮的锚网搭接在一起；废旧枕木，枕木垂直巷道走向放置；最上层为废旧皮带。各层之间采用钢丝绳绑扎在一起，钢轨搭接处采取焊接的方式连成整体。敷设人工假顶设计图如图4.4所示。
假顶从下至上由硬到软，上层较软的皮带、锚网等主要功能是兜住冒落的煤岩块。架设顶板发生冒落，则在冒落的过程中，先冒落小块的煤岩，然后冒落大块煤岩。小块煤岩则能形成垫层，有效保护人工假顶下层较硬的刚性结构。在工作面通过人工假顶时，底层的刚性结构承重能力较强，有效保证假顶的完整性和结构能力，阻止窜矸的发生。
4.5 人工假顶段的关键技术
4.5.1 人工假顶为经纬网格，其上的枕木沿走向铺设，锚网与巷帮的锚网连接在一起，废旧皮带作为缓冲层，既能保护人工假顶的结构完整，又能防止小块矸石窜入工作面。整个人工假顶是具有较高的强度和高韧性的复合人工假顶。在老巷顶帮围岩完好，未发生冒落时，人工假顶可以作为一种有效的安全保障措施，确保作业人员的安全。若老巷在超前工作面一定范围出现冒落，铺设在巷道底板的假顶不会出现结构性损坏，依然能有效阻止窜矸的发生，保障回采作业安全。
4.5.2 采煤机在通过人工假顶下方时，司机要预先测量假顶与工作面底板的实际高度，确保高度大于采煤机滚筒的高度，若假顶的高度与采煤机的最低割煤高度接近时，采取割底板的方式增大间隙，确保采煤机不损坏人工铺设的假顶。
4.5.3 工作面移架时，液压支架严禁骤升骤降，假顶下方的支架要同步缓慢前移，防止假顶因受力过猛而损坏。工作面移溜期间，尽量避免假顶下方的支架作为主要移溜动力，防止支架后移。
4.5.4 在工作面靠近老巷的煤壁由于处于应力集中区，极易出现片帮，在工作面采煤机通过该段后，在煤壁采用单体液压支柱做加强支护。工作面通过人工假顶时的状态如图4.5所示。
图4.4 人工假顶敷设示意图
图4.5 工作面通过人工假顶时的状态
5、过巷实施效果分析
该工作面从2016年11月中旬起过巷回采期间，于2017年3月圆满完成各项研究任务，采用过巷方案效果十分理想，过巷期间平均月产量45000T，过巷期间的回采产量达到正常回采期间的90%以上，既确保了工作面安全生产，又保证了在过巷期间未出现大面积片帮、顶板冒落等事故，既确保了该区域人员作业安全，达到了预期目标。
6、结论
6.1 工作面过走向斜交型错层老巷时，若老巷顶板高度高于工作面顶板高度，采用锚网索支护控制顶帮围岩，特别是巷道两帮的控制。在老巷围岩基本稳定的条件下回采工作即能顺利开展。复合假顶进一步增加了回采工作的安全可靠性，具有较大的推广价值。
6.2 在采用锚网索梁组合支护的巷道顶板，在推过工作面切顶线后虽然整体下沉，但是扔保持完整，说明锚网索梁组合支护技术能有效保持顶板的完整结构。
6.3 强化煤岩体的结构，利用煤岩体的承载能力，保持煤岩体最佳的承载性能，支护成本更经济。
6.4 老巷要重视日常维护。老巷受回采作业影响不可避免将产生底鼓、片帮、漏顶等现象，巷道底鼓很容易破坏支撑体基础导致支撑体支护失效，最后导致顶板失去支护；漏顶破坏了顶板的完整性，减少了围岩的自承力，导致压力增大而破坏支架；片帮导致巷道跨度加大，顶板弯曲变形更大，最终导致顶板冒落。以上这些都可以通过及时维护保持巷道的支护完整性，确保老巷围岩稳定，大大降低采煤工作面过老巷的难度。
论文作者:魏登胜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/28
标签：工作面论文; 顶板论文; 巷道论文; 应力论文; 围岩论文; 向斜论文; 越大论文; 《防护工程》2018年第24期论文;