摘要：在如今现代化、机械化的煤矿开采过程中，整合重组煤矿的回采工作中不能与小窑回采一样私挖滥采，对煤层随意破坏，而是要在资源充分利用的前提下，最大限度地提高煤炭回采率，从而创造更高的经济效益，因此复杂条件下的回采研究就成为了必然。基于此，本文针对老空区复杂条件下回采工作，为保障上分层老空区下回采收尾的顺利进行，对复杂条件下回采的顶板控制、两巷支护方案进行了研究并总结，提供了宝贵的经验，为实现小窑破坏区的安全高效回采提供了成套技术方案。
关键词：上分层老空区；回采；安全高效；顶板控制
引言
小窑开采对煤层整体性会造成极大的破坏，破坏所造成的顶板破碎是制约整合重组煤矿机械化回采的重要因素。对煤层完整性的破坏会导致采煤工作面顶板破碎、回采过程中矿山压力的不均匀分布、局部压力显现明显等问题，对顶板控制造成极大影响。由于开采遗留问题，浅部遗留的煤炭资源主要包括遗留煤柱、边角煤以及厚煤层只开采上分层而遗留下分层等，其中尤以厚煤层只开采上分层而遗留下分层的情况下煤炭资源遗留量居多，在如今技术条件和设备均取得较大进步的背景下，如何安全且高效地回采遗留的煤炭资源具有十分重大的意义[1]。
本文结合我矿的回采经验，以矿区32104工作面老空区下回采收尾的实际况为研究背景，就老空区下回采时工作面顶板控制及两巷支护技术进行研究，提出方案以提升机械化回采的安全性和高效性。
1 研究现状
针对上分层采空区下回采工程的开采技术及支护研究，国内外学者做了大量工作，具体包括：
张效彪[2]通过对厚煤层上分层不规则破坏区下残煤复采情况进行力学建模、实测分析并且结合数值模拟分析，从应力、位移以及能量等多个角度对复采工作面的矿压显现规律进行了全面分析，得出了复采工作面的矿压显现规律，并就其矿压显现规律提出了关于复采工作面安全高效开采的开采方法和围岩控制措施。
许雪峰[3]结合厚煤层上分层综采时未采取铺网等措施而导致下分层回采困难的特殊情况，从回采方法、工作面布置、安全生产技术等方面进行论证、比较，确定了采取放顶煤回采、巷道外错式布置的方案，同时结合掘进及回采期间可能遇到的技术难题，从巷道支护、顶板管理、一通三防及防治水等方面对采掘技术进行了分析，并制定了针对性的措施。
龚真鹏[4]针对红会矿区特厚煤层小煤窑破坏区的复采问题，结合小煤窑的破坏性开采特点，提出综采放顶煤的开采方法，并对工作面设计与巷道布置及施工工艺技术、改造支架适应性和“三机”配套合理性进行了研究，实现了对小窑破坏区资源的综放复采和资源的最大化回收。
2 矿区32104工作面基本概况
2.1 矿区32104工作面地质概况
矿区32104工作面所采煤层为二叠系山西组2#煤层，煤层底板标高+570～+615m，回采工作面煤层整体呈单斜构造，起伏变化较小，倾向北西，倾角3°。工作面地质条件简单，工作面内未发现大的断层及褶曲等其它构造。煤层平均全层厚度为5.95m，平均纯煤厚度为5.9m，煤层结构为4.5（0.05）1.4，夹矸为炭质泥岩，黑色-灰黑色，半亮型-半暗型，块状结构，易破碎。
2.2 矿区32104工作面施工概况
32104综放工作面巷道布置采用U型方式，设置两条回采巷道，其中一条为工作面主运顺槽，巷道内安装破碎机、转载机、带式输送机，主要用于煤炭运输，兼作工作面进风巷；另一条为辅运顺槽，主要用于辅助运输，兼作工作面回风巷。
32104工作面采用走向长壁后退式低位放顶煤的综合机械化采煤方法，全部垮落法管理顶板，综采放顶煤回采工艺。工作面设计采高为2.8m，煤层平均厚度为5.9m，采放比为1：1.11。
32104工作面辅运顺槽相邻已回采的1202工作面辅运顺槽，为提高煤炭回采率，根据相关资料计算，保护煤柱留设8m。工作面上分层为小窑破坏区，顺槽掘进期间，揭露老巷出现顶板破碎、来压现象。
3 正常回采期间老空区下的顶板控制
回采期间工作面揭露上分层老空区时，支架顶梁上方见大块矸石以及小窑支护使用的废旧单体、木头、网片等。多条空巷同时揭露时，若空巷相距较近，造成空巷中间实体区顶板压力大，形成局部来压现象，顶板破碎，煤壁片帮严重，也给顶板管理带来较大困难。
针对回采期间上分层老空区下顶板受力现象与控制难点，提出以下控制方案。
3.1 机械设备方案
（1）强化机电、运输设备的检查、维修与保养，减少机械故障，提高采煤机的开机率，最大限度地缩短大面积空顶时间，同时也有利于提高安全生产系数。
（2）过老空区时，电缆槽的所有设备、电缆、管线必须加强保护，防止出现冒顶砸坏设备、电缆、管线。
3.2 施工控制方案
（1）工作面提前做好上分层老空区的下顶板管理工作，加强端头支护。进入上分层老空区下时，必须时刻观察两端头顶板情况，打好端头支护、超前支护，迎山有力，接顶严实，单体初撑力必须符合规程要求，无空顶空帮，无卸压支柱。
（2）严格控制采煤机割煤高度，适当降低采高，必要时进行破底，保证留设不少于300mm厚的煤层作为对老空破坏区的保护层即新顶板，防止因顶煤薄引起冒顶事故。
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（3）坚持带压擦顶移架，追机移架，必要时割一架，停机拉一架，控制端面距，缩小空顶时间和面积，采煤机司机和支架工密切配合，保证安全生产。
（4）工作面顶板破碎区，尤其片帮严重段，推过前溜过后，在割煤前先超前拉架，伸出伸缩梁、护帮板，接实煤帮，防止进一步片帮引起的顶板大面积垮落。
（5）局部压力显现区域，加强支架检修质量，发现跑冒滴漏及时处理，立柱安全阀每天检查，不能正常打开或提前卸压，及时更换。保证支架支护状态及初撑力，接顶严实，护帮板贴帮，防止局部压力导致煤壁松软破碎引起冒顶。
（6）保证安全生产的前提下尽可能加快推进速度，减小顶板破碎带给生产工作的影响。
（7）若顶碎片帮有扩大趋势，提前注浆，加固料使煤层胶结为整体，充填料防止顶板进一步垮落。
4 巷道压力显现支护处理方案
4.1 巷道掘进所遇问题
受窄煤柱的影响，回采过程中辅运顺槽压力显现明显，尤其工作面周期来压或后半段揭露空巷时，顺槽断面大幅度缩小，对顺槽支护带来较大影响，对安全出口和人身安全产生威胁。
32104顺槽掘进过程中揭露部分上分层小窑破坏区，回采后，受窄煤柱及采动影响，顺槽出现棚腿棚梁弯曲变形，顶底板及两帮移近。遇工作面周期来压时，变形最严重，超前支护段顶底板移近约1.4m，两帮移近约1.5m，影响安全出口宽度高度及通风断面。
4.2 巷道支护方案
针对32104工作面两巷道在掘进过程中所出现问题，提出以下支护方案。
（1）针对顺槽情况，采取提前拉移超前支架的方法，每班拉移不少于三次，使超前支架先于工作面快速通过巷道变形段，防止“压死”支架，支架拉移过后，及时在棚梁下打单体+铰接梁支护，一梁两柱，保证支护强度，每班安排专人拉底，保证安全出口高度。
（2）顺槽有鼓帮、棚腿弯曲变形现象，及时用锚索+卡板锁棚腿，提前预防，防止两帮进一步变形。
（3）顺槽有棚梁弯曲下沉、底板鼓起迹象，在该段提前打单体，加强支护。
（4）受窄煤柱及采动影响，1202辅运顺槽与32104辅运顺槽联巷内、辅运顺槽风门段均出现不同程度的压力显现。棚腿棚梁弯曲变形，打单体、锚索+卡板锁棚；风门开合处每天起底，保证风门正常开关；辅运顺槽口用锚索+W钢带进行加强支护，防止巷道进一步变形。
（5）末采阶段，辅运大巷压力显现，影响约50m范围，两帮喷浆层开裂剥落，底板鼓起。两帮用锚索+钢板梁加强支护，底鼓段安排专人起底，保证大巷运输安全畅通。
5 收尾期间工作面的顶板管理
5.1 工作面顶板管理
收尾阶段，因上分层老空区影响，顶板破碎，局部压力显现，煤壁片帮，为保证聚酯纤维柔性网的顺利铺设，工作面推进距停采线20m时整体铺菱形网，菱形网全部到达顶梁上方后，开始铺设聚酯纤维柔性网，网边与菱形网连接，菱形网牵引柔性网到达顶梁上方。由于顶煤薄，且顶煤与直接顶间有离层，原计划用2.2m锚杆固定生根钢丝绳，锚杆打设困难，耗时长，改用1m短锚杆固定生根钢丝绳。割煤顺序为挂网→割煤→放网→拉架→移溜，除前两刀外，每割一刀上一根钢丝绳。在整体网全部压入老塘后停止移架，开始扩循环工序。
扩循环过程中，顶板较好处用锚杆、锚索、钢带支护，顶碎段上工字钢插梁的方案，由于上分层破坏，锚杆锚索打设困难，未能实行，改为矿用11#工字钢插梁支护回撤通道，保证了收尾工序的安全快速进行。工字钢插梁相比圆木插梁，虽然韧性略微不足，但工字钢截面积小，抽插梁避免了大幅度降架过程对顶板完整性的破坏，同时施工人员操作轻便。扩循环完毕后在插梁前端打单体液压支柱，煤壁打锚杆、梯子梁。
5.2 停采线前后顺槽支护
为防止工作面收尾造成顺槽压力显现，保证工作面收尾工作的安全顺利，考虑到上分层破坏影响，提前安排人员在辅运顺槽停采线前后各10m打探眼探查顶板情况，发现大部分顶板离层，个别区域存在多处离层，对末采工作造成极大威胁。研究决定，在停采线附近进行注浆充填，充填后再打锚索加固，为收尾扩循环做充分保障。从而实现了32104工作面回撤通道的安全快速施工，为工作面支架回撤工作打下坚实的基础。
6 结语
随着煤炭行业的进一步发展，优质资源开采完成，复杂条件下回采成为必然。矿区32104工作面上分层老空区下回采及收尾期间顶板控制的研究，从现场管理和工程质量入手，实现综放工作面稳步推进，为今后的上分层老空区下的回采提供了丰富的经验和可靠的方案。
参考文献
[1]杜云楼.厚煤层上分层老空区下复采工作面矿压规律研究[D].太原:太原理工大学,2017.
[2]张效彪.不规则顶分层破坏区下矿压规律及回采方法研究[D].北京:中国矿业大学,2013.
[3]许雪峰,王甜.煤层复合区无人工顶板条件下分层开采方案研究[J].煤炭科学技术,2015,43(z):52-55.
[4]龚真鹏.红会矿区小煤窑开采区综放复采技术研究[D].西安:西安科技大学,2007.
论文作者:秦奎元
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：工作面论文; 顶板论文; 煤层论文; 巷道论文; 收尾论文; 支架论文; 矿区论文; 《基层建设》2019年第26期论文;