中厚煤层中分层机械化过长距离空巷的理论与实践

【摘 要】本文介绍了在中厚煤层开采过程中，采用分层综合机械化开采方法，如何安全通过工作面中部多条垂直和平行空巷的理论研究，并结合3801工作面实践进行分析及研究。

【关键字】分层；机械化；长距离空巷

1、概况

山西阳城阳泰集团义城煤业有限公司位于晋城市阳城县町店镇义城村，隶属于阳城县阳泰集团实业有限公司，矿井井田面积8.1493km2，现生产能力90万吨/年。属资源整合保留矿井，正开采的3#煤层厚度为3.21米-6.49米，平均厚度为5.51米。属高瓦斯矿井，设计采用分层综合机械化采煤方法，支架高度为1.6米-3米。在上分层开采时铺设金属底网，下分层开采时形成假顶，下分层工作面沿网开采。上下分层开采时均采用及时垮落法管理顶板。

该公司资源整合时大部分被整合矿井均采用以掘代采的采煤方法，即在煤体中布置掘进巷道，采用留底留顶的方法开采煤层中部，其中采煤厚度3.5-4米，顶部留煤厚度为1-1.5米，底部留煤厚度为1-1.2米。这就造成了在该公司采煤工作面布置时工作面中部存在有多条垂直或平行空巷，以3801回采工作面为例，该工作面顺槽长度450米，工作面长度150米，工作面开采高度2.8米。其中在工作面中部距离回风顺槽20米处存在长距离垂直空巷一条，与工作面顺槽长度相同。分别在工作面300米、210米、150米处存在长距离平行空巷三条，与工作面长度相同，同时在工作面中部还存在10—20米不等的平行空巷。上述各空巷内均采用木棚支护，顶板状况良好。

2、采煤工作过程中存在的困难

在该类工作面中采用分层机械化采煤方法进行开采，在该地区尚属首次，加之随着国家资源整合步伐的加快，在被整合区域中进行安全开采已显得尤为必要及重要，针对此种情况，该公司成立专项的课题组，针对开采过程中可能出现的问题及解决办法进行研究（由于该文只涉及采煤方法研究，所以通风等其它内容不做为此文讨论范围）。

存在问题：a、在该类工作面进行上分层开采，在空巷中部，顶部落煤不足以填充填实空巷，支架、煤镏等设备底部无实体支撑，受顶板压力影响，支架、采煤机等设备可能出现下沉现象。b、在开采过程中，前方平行空巷受超前压力影响，可能出现顶板大面积来压，使采煤机割煤受阻，造成困难。c、空巷在采煤后不及时垮落，采空区面积过大，形成一定的安全隐患。d、工作面过平行空巷过程中，顶板大面积来压，压垮工作面，对设备人员等造成伤害。

3、解决方法研究与实践

针对上述问题，经公司组织技术人员研究，决定采用如下几种方法进行处理上述问题：针对上分层回采过程中可能出现支架受压力影响下沉等情况，我们在工作面煤镏进入空巷前，在工作面煤镏底部用4米长的木头铺设一层假底，然后再在假底上铺设一层1米长的道木，两层木头横竖交错铺设，形成一个整体，防止支架等设备下沉。针对工作面可能有压力的情况，对于垂直空巷，由于其空顶面积小，我们决定采取直接过的方法，而对于工作面中部的平行空巷，特别是较长的平行空巷，该公司技术人员制定技术方案，决定采取斜交过空巷，即在过空巷前，将工作面的方向经调整与工作面中部的平行交巷交叉角度在10度以上，同时在工作面各垂直空巷交叉口处支设木垛，加强支护，以保证工作面150米平行空巷的压力不会同时到来，从而保证工作面顺利通过平行空巷。

制定上述方案后，公司即组织开展实践工作，在3801回采工作面过空巷过程中，发现在煤镏底部铺设假底的方法对于过空巷防止支架等设备下沉很有效。同时垂直空巷由于其面积小，压力影响范围小，所以在回采过程中对工作面安全生产工作影响不大。

而对于斜交过工作面长距离平行空巷，则在实施过程中遇到诸多困难，工作面支架、煤镏在回采过程中可弯曲角度不足，不能真正调整到与工作面斜交的理想角度。其次在工作面回采过程中，在回采至距第一条空巷20米处时，在工作面前方5——15米超前压力增大，使工作面平行空巷内顶板破碎，空巷内大面积冒顶，老顶内的矸石等冒落，使采煤机采至此段巷道时不能正常进行割煤，从而导致上部压力全部压在支架上方，造成工作面支架高度不足，形成很大的安全隐患，严重影响了工作面安全生产，使工作面不得不降低高度，割下分层底煤通过空巷，致使过此条空巷的时间达半月之久，还使采煤机、煤镏等设备由于矸石影响损毁严重。而在深刻汲取第一条空巷教训的基础上，上分层工作面在过第二条空巷前，我们提前在该空巷内支设木垛，木垛的间距不超5米，但在采至距该条空巷30米的距离时，由于木垛支撑力有限，还是发生了与第一条空巷相类似的情况。

在充分分析前两条空巷经验教训的基础上，我们在第三条空巷内提前采取措施，采用压顶、锚网加强支护的方法，即将原空巷内的顶煤采用放炮的方法压在巷道底部，同时对巷道内顶板采用锚网、锚索加强支护的方法进行支护，确保该段巷道顶板不会提前来压，在工作面回采至该空巷时，巷道顶板能够有效支撑，不会形成大面积顶板破碎、来压，从而顺利通过此条空巷。而在工作面支架通过此空巷后，空巷内原锚网支护巷道周边顶板离层，从而使空巷内的顶板能够及时垮落，没有形成大的安全隐患。

在下分层采煤过程中，在过第一、二条空巷时，由于上部顶板压力大，导致上分层回采过程中铺设的底网破碎，同时上分层将该段巷道的底煤进行回采，使下分层回采时只能“钻底”割底板岩石进行回采，对设备等造成一定的破坏。而在过第三条空巷时，由于上分层影响小，所以较之第一二条空巷能够较容易的通过。

4、结论及应用

综上所述，我认为采用综合机械化分层采煤方法过长距离平行空巷，应注意以下几点：

（1）对于工作面内垂直空巷或一些很短距离的平行空巷，由于其压力显现在工作面中所占比例很小，所以可以考虑采用原巷道内的木棚或木垛支护等方式通过，不需要采用加强支护的方式。

（2）对于横穿工作面的长距离平行空巷，则必须在回采前或超前压力影响前对空巷内护进行更换，将原上分层的顶煤压至巷道底部，同时采用锚网、锚索加强支护的方式对空巷内的顶板进行加固，以保证该空巷的顶板不会提前来压，影响工作面回采。

（3）空巷内加固支护的方式、数量、强度等应根据工作面顶板情况进行具体设计，既要确保空巷不会受超前压力影响提前来压，还要确保工作面回采后采空区内顶板能够及时垮落，避免形成新的安全隐患。

（4）对于上分层回采时煤镏、支架等设备下部的支撑，一定要采用木料等横竖交错的方式构建假底进行支护，以防止设备下沉，但不能使用钢材等材料构建假底，以防止对工作面下分层的回采产生影响。

（5）在工作面回采至空巷附近时，一定要保证回采工作面正常连续的生产，避免设备等影响工作面进度，从而造成前方空巷内顶板受压力影响垮落导致大面积冒顶。

（6）在工作面回采过程中，如空巷顶板已来压冒落，则需要采用钻底割煤的方式通过空巷。

综上所述，回采工作面采用分层综合机械化采煤方法过中部长距离平行空巷已取得一定的成果，但由于空巷内顶板挑顶加强支护在该公司只采用一个空巷，所以在下一工作面回采过程中，还应注意原空巷内顶板是否能够及时垮落，空巷内的顶板加强支护后是否还会大面积冒落，以及是否会出现工作面支架位于空巷时上部顶板大面积突然来压对工作面安全生产造成影响等问题。不断对该方法进行改进和完善，从而进一步加大矿井的可采资源储量，延长矿井服务年限，创造更大的经济价值。