中厚煤层综采工作面跨石门安全回采技术研究与实践

摘 要：在煤矿生产过程中，工作面跨石门回采是经常遇到的问题。三汇一矿2126综采工作面在跨+590m南二石门时，采用了抬高综采工作面运输平巷的技术，成功了跨过了石门。此技术不仅降低了传统方法中充填石门的材料成本，又能避免跨石门回采中液压支架下陷到石门内和工作面冒顶的安全问题，对类似条件的煤矿具有借鉴作用。

关键词：中厚煤层;综采工作面;跨石门;回采技术

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0177-02

1 概 述

近年来，我国煤炭生产正在往大型化、机械化、集中化、自动化的方向发展，综合机械化开采已经得到普遍推广。但在综合机械化开采中，经常会遇到一些石门影响煤矿的正常生产，增加了采出成本。要实现工作面连续回采，就必须跨石门，这样就给工程技术人员带来一个难题[1]。若采用充填技术跨石门，就会增加材料成本。若采用“搬家倒面”技术跨石门，不仅会损失大量的煤炭资源，且工作面搬家要停产2个月左右的时间。三汇一矿2 126工作面在跨+590 m南二石门时没有采取传统的“搬家倒面”、充填石门、顶板固化等技术，而是通过组织有关人员现场调查，采用了抬高工作面运输平巷的技术，低成本且成功实施了跨石门回采。

2 工作面概况及地质条件

2.1 工作面概况

2 126工作面位于+590 m水平S2采区，该工作面走向长约301 m，倾斜长度约140 m。风巷位于+674 m高程，机巷位于

+606 m高程，为梯形断面。该面上部南翼为已采的2124工作面，南部为正在布置的2 125工作面，北部、下部及上部北翼为未开采区域。覆盖层厚度为422～439 m，覆盖层厚，回采对地表设施影响小。

2.2 工作面地质条件

2 126综采工作面煤层平均厚度2.58 m，煤层倾角22 °～

36 °，平均29 °，可采储量14.9万t;该煤层属煤与瓦斯突出危险煤层，具有突出危险性，煤尘具有爆炸性危险。煤层为黑色，赋存稳定，质地疏脆，硬度较低。工作面直接顶为黑灰色薄层状页岩，平均厚度3.93 m。老顶为上部为深灰色细粒砂岩，中部为灰白色中粗砂岩，层理明显，较硬，下部为深灰色细砂岩，层理明显，属二级，平均厚度为3.66 m。

水文地质条件较为简单，仅有上部少量采空区积水沿顶、底板裂隙渗入该面。

最大涌水量5 m3/h，正常涌水量2 m3/h。根据该工作面机、风巷掘进情况表明，该面煤层层位正常，不会遇到大、中型地质构造。工作布置平、剖面图分别如图1、图2所示。

3 跨石门回采方案的确定

3.1 石门安全保护岩柱留设计算

3.1.1 抬高垂距HD的计算

通过2126工作面平面布置图和剖面布置图我们可以得知要想用抬高工作面进风巷的方法使其过石门时既不充填石门又能保证回采到石门与工作面交叉点时液压支架、采煤机、输送机机头、不下陷到石门内，首先就要保证最小安全岩柱HG达到某个最小值，其次要考虑倾斜煤柱CH要达到某个最小值，最后两个最小值通过三角函数计算出的HD值取较大值就是我们要求得抬高垂距。

3.1.2 最小安全岩柱HGmin值的计算

根据2003年煤炭工业出版社出版的《采矿工程设计手册》得知：

①HGmin=h1+h2+2h3=0.36+1.28+2×1.97=5.58 m

式中，h1――石门开挖后，自然冒落拱高度;

h2――工作面开采时，底板扰动塑性破坏高度;

h3――有效支撑岩柱高度，因为h3要受如工作面突然来水、采煤机开到下方机头、原巷道支护、石门顶板突然发生淋水等各种因素的影响，取2倍安全系数。

②h1=[a+htan（45 °-）]=[1.8+2.92tan（45 °-）]=0.36 m

式中：γd、γc――巷道顶板及围岩容重，取2.5 t/m3;

α――1/2巷宽，由2126进风石门现场实际得1.8 m;

h――巷道高度，由2126进风石门现场实际得2.92 m。

φc，φd――高巷道顶板及两帮围岩内摩擦角，°。根据2126工作面地质说明书和矿山地质学，取内摩擦角为80 °。

③根据《煤炭学报》1990年第二期《论煤层底板采动裂隙带的深度及特征》一文得知[4]：

h2=N×L=1.28

式中：N――工作面宽度，根据设计取6.4 m;

L――破坏带深度系数，根据埋深取0.2。

④h3===1.97

其中：P=q.s.cosα=160×1.5×2.65×cos29 °=556.26;

G=b×cosα×L（h2+h3）×Rd=1.5×cos29 °×4×（h3+1.28）×2.5=16.79+13.12h3

式中：P――支架底板的压力;

q――支架对底板的比压，取160 t/m2;

G――岩柱HG自重;

L――2126进风石门宽度，根据2126进风石门现场实际得3.6 m。

S――支架底座面积;

b――台支架宽度，根据实际取1.5 m;

a――煤层倾角，根据2126地质说明书取29 °;

σ――岩体抗剪切强度，MPa。