综采工作面过老空巷道支护技术应用

岳小建

（山西省晋神能源有限公司，山西 忻州 036500）

沙坪煤矿前身为小煤窑，管理相对粗放，工作面和巷道布置受破坏严重，经过技术改造和资源整合后，为提高资源回收率，尽可能在现有条件下布置安装综采工作面，但在新布置巷道掘进过程中，必须经过原18206、18205和18207三个综采面的老空巷道，基于此，分析研究如何在过老空巷道时加强支护管理与矿压观测，为安全施工提供技术指导。

1 概 况

18206工作面主采8号煤上分层，对应地表高程为993.1—1 074.2 m，煤层底板标高为876.3—936.9 m，煤层上方基岩层厚度为37.9～171.6 m。18206工作面设计切眼长度为300 m，沿走向布置，上下巷顺槽沿倾向布置，长度为1 540 m，煤层可采厚度为2.7～3.4 m，平均可采3.1 m。煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩，有薄层伪顶岩性为炭质泥岩，厚度达0.2～0.3 m；直接顶为细砂岩，具有颗粒状晶体，质地较硬，是良好的隔水层。直接底为砂质泥岩和细砂岩，18206设计回风巷和运输巷均与原18205、18207四条老空巷道斜交，交角为8°，18206工作面过老空巷道布置如图1所示。

图1 1 8206工作面过老空巷道布置示意Fig.1 The layout of crossing abandoned roadway in No.18206 Face

2 老空过巷支护方案

2.1 老巷支护状态

原18207工作面1号老空巷道和18205工作面4号老空巷道布置有4～5个硐室，巷道宽度为5.4 m，巷道高度3.5 m，长度为305 m，顶板支护方式为锚网索复合支护，锚杆打设间排距为1 000 mm×1 000 mm，选用φ18 mm×2 000 mm规格的锚杆，呈规则的横纵列布置，每排打设6根锚杆；锚索打设间排距为2 100 mm×1 500 mm，选用规格为φ15.24 mm×8 000 mm，每排打设3根，使用W钢带进行压网加固。

18207工作面2号老空巷道和18205工作面3号老空巷道相邻，其间由5条联络巷连接，巷道规格和1号、4号巷道规格基本一致，也采用锚网索复合支护方式。2号老空巷道锚杆打设间排距和选型与1号、4号巷道支护方式一致，锚索打设间排距为2 100 mm×1 000 mm，选用规格为φ17.8 mm×8 000 mm，均呈规则的横纵列布置。

2.2 木垛辅助支护

对老空巷道采取提前加固的措施主要为了预防后期工作面采动影响与采空区动压的复合影响，导致巷道支护失效，或者抗压强度不足，造成破坏变形和顶板冒落后果。经过采用锚网索复合支护方式加固顶板，同时对巷道采用打设木垛进行辅助补强支护，木垛打设位置主要布置在2号与3号老空巷道联络巷交叉口处的“三角顶”地带，该区域悬顶面积大，承受的顶板压力也大，因此，需要补强加固进行支护。在每个联络巷三角区靠近3号老巷里侧采用“井”字型方式进行绞架，自下而上每层2根横向圆木，上层2根纵向圆木，再打设2根横向圆木，以此每层2根交错施工的方式进行打设，直至接顶，为防止圆木受压滚动，影响木垛的稳定性，可在每层圆木接触点使用大头木楔或把钜进行固定，使之成为稳定整体，增强支护效果[1]。18206工作面老空巷道木垛补强支护如图2所示。

图2 1 8206工作面老空巷道木垛补强支护示意Fig.2 Rreinforced support with wood crib crossing the abandoned roadway in No.18206 Face

2.3 回采施工工艺

18206工作面在进行回采过程中，要充分考虑到过老空巷道的风险，在切眼回采接近1号老空巷道前，预留至少30 m平距开始调斜，确保18206工作面运输巷先进入1号老巷，切眼由上而下依次揭露老巷，逐渐平推直至通过老巷，但由于工作面运输、回风巷本身设计交角为8°，角度较小，因此，选择合适的过巷角度需根据现场回采具体情况而定，至少确保过巷角度大于8°，控制在交角12°左右为宜，即18206工作面运输巷超前机尾回风巷支架位置不少于19 m，调整之后按照此差距实现平推，可确保机头6架左右预先过巷。

在机头预先过巷段是采动动压与老空巷道顶板压力叠加最严重的区域，在进入巷道与刚刚过巷段矿压显现最为剧烈。采动压力不断传递累计，能量在老空巷道的薄弱地带得到释放，产生较强的破坏力；老巷经过掘进后顶板已经历破坏，后期通过打设锚网索和木垛加固只能起到一定程度的补强作用，但在工作面动压的影响下仍然不能完全抵消破坏压力，导致在应力叠加区域老巷顶板原有平衡被打破，应力重新短暂分布，产生顶板快速下沉，片帮严重等现象[2]。为确保安全过巷，应组织生产工序，快速通过高压应力区域，加强架前单体柱的临时支护作用，防止片帮冒顶影响回采进度。

3 矿压观测

3.1 过巷期间矿压观测

在工作面切眼过老巷期间，利用原工作面支架已安装的矿压观测设备，实时监测矿压动态监测数据，在切眼内支架从机头的第二架开始，每间隔七架安装一组监测设备，采用本安型矿压数字检测仪，并在切眼与老巷过巷段每20 m安装1台顶板离层仪，及时观测叠加压力对顶板的破坏程度，采取加固措施，避免出现过巷时的大面积冒顶事故。

3.2 过巷期间来压规律分析

3.2.1 切眼过巷前来压分析

利用支架上安装的本安型矿压观测仪，得到切眼内支架压力分布情况，如图3所示。

图3 1 8206工作面支架过巷前压力分布Fig.3 Pressure distribution before crossing the abandoned roadway

如图所示，支架末阻力均值为pm=32.58 MPa，标准均差为σm=5.4 MPa，阻值系数k设置为1.3，根据公式p=pm+kσm计算可得，p=39.7 MPa。

工作面安装支架型号的初撑力为31.5 MPa，工作阻力为6 016 kN，额定阻力为8 824 kN，支架工作阻力与额定阻力的比值达到0.68；切眼未进入老巷前支架初撑力分布如图4所示，初撑力均值达到26.56 MPa，为额定值的84.3%，可满足支护强度要求。

图4 支架过巷前初撑力分布情况Fig.4 Pressure distribution before crossing the abandoned roadway

3.2.2 切眼支架过巷期间阻力分布分析

过巷期间根据支架矿压观测仪监测数据进行综合分析，支架阻力值达到pm=33.86 MPa，方差均值达到6.25 MPa，仍然根据公式p=pm+kσm，k值选取1.3系数，可得出支架工作阻力p=41.98 MPa，等价于阻值8 018 kN。

工作面进入老空巷道后压力也出现了重新分布变化，如图5所示，进入老空巷道期间支架末阻力在同等范围内支架所承受的阻力值均有所增加，且增长浮动效果明显，过巷前支架阻值在25～35 MPa占比达到了55%，而在过巷期间支架阻力在30～40 MPa占比达到了55%，支架整体承受压力增长了至少5 MPa，说明过巷期间在动压叠加效应的影响下支架阻力明显增大[3]。

图5 过巷期间支架末阻力分布示意Fig.5 Distribution of final support load during crossing the abandoned roadway

此外，在过巷期间工作面支架初撑力也随着动压影响发生变化，过巷前支架初撑力整体分布相对均衡，说明顶板整体完整性较好，没有出现局部垮落和失压现象；在过巷期间，如图6所示，支架初撑力呈现两极分化趋势，机头机尾初撑力明显下降，切眼中部支架初撑力在过巷前集中在24～30 MPa，过巷期间压力集中在26～32 MPa，整体上升2 MPa，说明动压在中部较为集中，机头段压力值小于20 MPa，顶板压力无法有效作用于支架上，造成初撑力明显下降，空顶面积大或者顶板破碎的现象严重。

图6 过巷期间支架初撑力分布示意Fig.6 Distribution of initial support load during crossing the abandoned roadway

4 结 论

（1）通过综采工作面的支护方案改革，有效解决老空巷道的顶板支护安全问题，为新工作面回采、过巷等提供有力保障，增加了可采长度450 m，按照切眼长度300 m，煤厚3.1 m，煤层容重1.35计算，可增加回采煤量56.49万t，按照吨煤售价370元计算，可为企业增加经济收入2.09亿元，而整个4条老空巷道的补强支护成本和工程费用一共投入了167万元，折合该项优化方案为企业增收2.08亿元。

（2）18206工作面通过采取优先加固的过巷方案，利用锚网索复合加固措施，打设木垛辅助支护顶板，有效控制了回采面过老空巷道时的顶板下沉和冒落高度，确保了采面过巷期间的顶板安全，提高了综采工作面资源的回收率，改变了资源因为支护等问题造成的不可采局面，为类似问题提供参考借鉴。