云崗礦復雜條件下多種過空巷技術(shù)與實踐應用
邱 健 王春陽 徐 亮 楊耀霞 翁旭澤
一、立項原因或背景
同煤集團云崗礦年產(chǎn)70萬噸，礦井面臨資源枯竭、殘采回收的局面。而全礦5000余職工的未來與生計將成為集團公司沉重的包袱，因此合理規(guī)劃、回收大巷保護煤柱從而延續(xù)礦井壽命顯得尤為重要，并向集團公司貢獻最后的力量。
1、12#層406盤區(qū)8637工作面為云崗礦第一個回收盤區(qū)大巷保護煤柱工作面。該工作面走向長91米，傾向長703米，平均煤厚5m，受設備限制采用ZZS6000型液壓支架沿頂留底煤進行回采。在回采過程中存在以下空巷：①分煤系統(tǒng)巷：沿底留頂、平行于切巷，共長175米；②12#層406-2皮帶巷：沿底留頂、工作面內(nèi)與2637巷呈5°斜交，長470米；③南翼風井底。工作面2637巷巷道規(guī)格為5.3×3.0m，沿頂留底掘進。該巷在掘進過程中需要與分煤系統(tǒng)、12#層406-2皮帶巷空巷群貫通。多方位考慮掘進、回采期間所遇到的安全隱患，加快工作面回采速度從而提高盤區(qū)收縮撤退進度，降低礦井運營成本。因此采用粉煤灰充填空巷的工藝進行充填，確保掘進、回采期間安全。
2、2#層、3#層大巷保護煤柱為云崗礦第二個回收煤柱工作面。該煤柱回收過程中采用原有巷道進行修復，并掘進一條回風巷，再圈定工作面對2#、3#煤柱進行回收。由于初期3#層大部分巷道處于密閉狀態(tài)，通風、運料系統(tǒng)單一，經(jīng)多方位論證決定504-2回風巷穿過材料斜井甩車場時，需要從巷道上方穿過，保證通風和運料正常運行。
附圖：
二、研究或革新內(nèi)容及創(chuàng)新點
（一）8637工作面多種過空巷方案：
1、8637工作面掘進期間過空巷：
2637巷過分煤系統(tǒng)巷與406-2皮交叉點
（1）貫通方式：
①先用機組截割落煤過空巷，待落下的煤將下方空巷全部填滿后，將4米長圓木順巷道掘進方向整齊鋪于前方機組截割落在分煤系統(tǒng)空巷的煤渣上，使掘進機組履帶沿著圓木前進，減少對于下方分煤系統(tǒng)浮煤的壓力，使分煤系統(tǒng)巷道及支護設施不受破壞。
②當機組走到圓木盡頭時，繼續(xù)沿巷道掘進方向鋪設另一組圓木，直至機組可以正常通過下方分煤系統(tǒng)的空巷，并全部落于實體煤之上。
（2）支護方式：
①12#層406盤區(qū)2637巷工作面距空巷南幫最深處為3m時，巷道斷面寬度由5.3m變更為3.5m，巷道東幫位置不變，西幫向東移動1.8m。2637巷繼續(xù)向前掘進2m后停掘，停掘時永久支護齊全有效，浮煤推凈。
②地質(zhì)科提前在空巷頂板給出2637巷變更后3.5m斷面的中線，以及在空巷頂板上距西幫走向線以東0.5m處鋼梁位置線。
③在2637巷工作面靠近底板位置施工鉆眼（-30°）與空巷南幫探通，鉆眼探通后將風水管路穿過其中到空巷內(nèi)，連接錨索鉆機準備支護。
④由施工隊組在空巷頂板沿地質(zhì)科給出的鋼梁位置線由南向北從分煤系統(tǒng)南幫最深處開始依次打設三眼錨索梁進行“鎖口”直到西幫走向線與406-2皮東幫交叉點處，然后沿著406-2皮東幫繼續(xù)依次打設三眼錨索梁進行鎖口，錨索梁打設到406-2皮東幫距2637巷西幫走向線2m位置時結(jié)束。錨索梁長3.9m，眼距1.75m，錨索長度8m，每根鋼梁頭對頭間距為0.3m。
⑤在鋼梁西側(cè)0.3m處由南向北依次打設“井”字垛，“井”字垛間距為0.2m，打設“井”字垛使用1.5×0.2×0.2m道木。每兩個“井”字垛之間間隔20公分?！熬弊侄獯蛑僚c鎖口鋼梁同一位置。
⑥在鎖口梁上搭接菱形金屬網(wǎng)（3700×2000mm），金屬網(wǎng)短邊要平行且與頂板壓緊，網(wǎng)要繃緊、鋪平、鋪展緊貼“井”字垛，網(wǎng)與網(wǎng)之間要求無縫連接成一體，對（搭）接合理，搭接處聯(lián)網(wǎng)孔要每隔100mm雙絲雙扣相連，用8#鉛絲扭結(jié)呈“三花狀”綁扎牢固，扭結(jié)不少于3圈，并與“井”字垛用把撅進行有效固定。
⑦在巷道交叉最寬處，即分煤系統(tǒng)絞車窩和406-2皮絞車窩交匯處，若底一排鎖口梁沒有達到鎖口目的，繼續(xù)在第一排鎖口鋼梁以西0.3米處平行于第一排鋼梁繼續(xù)從分煤系統(tǒng)南幫最深處開始依次打設三眼錨索梁，直至平穩(wěn)通過，預計需要打設三根三眼錨索梁。
⑧在406-2皮東幫距2637巷西幫走向線2m位置時進行護幫錨桿支護，錨桿每排3根，間距0.8m，排距1.0m，支護到三角煤全部留住為止。
2、8637工作面回采期間過空巷：
南翼風井底、分煤系統(tǒng)巷、406-2皮
（1）過南翼風井底空巷：
①施工方案：
采用三孔11#工字鋼梁配合φ17.8×8000mm強力鋼絞線搭接圓木做假頂?shù)姆绞綄ι戏娇障镞M行支護。鋼梁排距1米，上方木垛采用“井”字型。“井”字垛間距為0.2m，打設“井”字垛使用長度為4m圓木。每兩個“井”字垛之間間隔20公分。
（2）過分煤系統(tǒng)巷及406-2皮
①施工方案：
采用粉煤灰進行充填。粉煤灰制漿工藝為地面車間將粉煤灰、水泥、水按體積比6：1：3的比例充分混合后，沿制漿管路灌入墻體，同時井下利用乳化液泵將速凝劑與粉煤灰漿液按體積比1：20 比例在墻前三通閥門混合灌入墻體；在墻體即將充滿時，將膨脹劑制成漿液接頂膨脹嚴密。
②施工步驟：
A、充填分煤系統(tǒng)至分煤系統(tǒng)繞道段，該段共80米，需施工9道木板墻；首先充填分煤系統(tǒng)至分煤系統(tǒng)繞道段，先施工兩道木板墻，間隔10米，待充填粉煤灰完成后，間隔10米施工下一道，依次循環(huán)，直至充填到分煤系統(tǒng)繞道墻前。
B、充填406-2皮至406-4軌巷口段，該段523米，需施工52道木板墻；在406-2皮尾先施工一道木板墻，待充填粉煤灰完成后，間隔10米施工下一道，依次循環(huán)，直至充填到406-4軌巷口處，該段523米，需施工52道木板墻。
C、充填分煤系統(tǒng)繞道段，該段18米，施工兩道木板墻，該段充填完成后，分煤系統(tǒng)繞道至巷口處無全風壓系統(tǒng)，需與下風側(cè)機掘二隊串聯(lián)，分煤系統(tǒng)繞道充填粉煤灰完畢后，在正巷施工木板墻，該段45米，需施工4道木板墻。間隔10米，待充填粉煤灰完成后，間隔10米施工下一道，依次循環(huán)，直至充填到分煤系統(tǒng)正巷口。
③安全措施：
A、在充填粉煤灰前，隊組在分煤系統(tǒng)交408軌道上風側(cè)10米、408軌交408移變硐室上風側(cè)10米，各安裝2臺2×15KW風機，并安排人員將風筒延接至406-2木板密閉前，當?shù)谝蛔荛]充填完成后，立即啟動風機。
B、406-2皮中部充填完成一段粉煤灰后，406-2皮與分煤系統(tǒng)均形成盲巷，兩巷均需要風機供風，在此期間兩巷均按照掘進工作面管理，要求風機安裝開停傳感器、風筒傳感器、墻前安裝甲烷傳感器。
（二）3#層504-2回風巷掘進過空巷方案：
1、施工方案：
3#層404-2盤區(qū)504-2回風巷距材料斜井甩車場約108米，巷道掘進至交叉點時將從材料斜井甩車場頂板穿過，根據(jù)地質(zhì)科實測情況，預計巷道在距材料斜井甩車場43米處開始以傾角7°挑頂爬坡穿過材料斜井甩車場頂板，保證施工巷道到達空巷正頂時，施工巷道底板與空巷頂板留有3m厚巖石。完全穿過之后再以傾角7°起底向前掘進53米，直至掘進至3#煤層，按照正常掘進方式掘進。挑頂、起底均采用機掘的作業(yè)方式。頂板支護采用MQT-120錨桿機。頂板支護采用Ф18×1800mm，左旋無縱徑螺紋鋼錨桿、錨索組合系統(tǒng)進行支護。
2、空巷頂板加固方式：
空巷頂板支護采用MQT-120錨桿機鉆眼，三眼錨索梁，4根，長4.3m，錨索梁眼距1650m，南北方向布置；8根11#礦用工字鋼，長6.3m，間距0.5m，沿材料斜井甩車場方向布置，用錨索梁壓緊。錨索長度6m，角度80°，斜拉在504-2回兩幫巖層內(nèi)。下方搭井字形木垛，每根道木使用不少于四個把具與相鄰道木進行固定，井字垛保證與材料斜井甩車場頂板背緊靠牢，保證材料斜井甩車場頂板的完整和穩(wěn)定性。
三、應用情況及經(jīng)濟社會效益
-
此兩項工程為云崗礦通過多種手段應對礦井回收資源的復雜性，具有良好指導意義和較高的經(jīng)濟和社會效益。
掘進期間既采用了與空巷貫通，調(diào)整通風系統(tǒng)的同時做假底、假幫安全通過，又因地制宜充分利用3#層頂板的堅硬性強、厚度大、完整性好的特性，并結(jié)合施工經(jīng)驗，提前對交叉點進行有效支護，充分利用3#層頂板的堅硬性強、厚度大、完整性好的特性，并結(jié)合施工經(jīng)驗，提前對交叉點進行有效支護，摒棄了傳統(tǒng)做風橋的固化思維，有效的保證了施工期間的安全和盤區(qū)初期通風運料的問題，保證了2#、3#層各工作面的順利圈定。
回采期間既采用了傳統(tǒng)的做“井”字木垛做假頂?shù)姆绞酵瑫r又根據(jù)實際情況采用了先進的粉煤灰充填空巷群的工藝，保證了安全回采。
2、8637工作面以及3#層盤區(qū)回風巷道的掘進為云崗礦采掘銜接的重要環(huán)節(jié)。若空巷無法安全通過將導致工作面無法進行回采，造成礦井儲量下降、采掘銜接失調(diào)、礦井壽命縮短。
3、采用粉煤灰充填及“頂繞式”過空巷后后，通風系統(tǒng)、回采工藝較為簡單。避免在掘進、回采過程中連續(xù)過空巷的不利局面，降低了掘進、回采過程中不必要的安全風險。共計可回采煤量55萬噸，按噸煤效益100元計算，創(chuàng)造經(jīng)濟價值5500萬元。
四、總體性能指標與國內(nèi)外、集團公司內(nèi)其他單位技術(shù)的比較
12#層8637工作面受3條空巷影響、3#層504-2回風巷受1條空巷影響，加之通風系統(tǒng)等多項制約因素，巷道掘進及工作面回采過程中存在安全風險較大，而采用多種手段分別在掘進期間、回采期間對空巷群采用先進的工藝因地制宜進行處理。既保證了云崗礦大巷保護煤柱的正常圈定，又延長了礦井壽命，豐富了過空巷手段，有較好的指導意義。該項技術(shù)與集團公司兄弟單位比較，屬于領(lǐng)先地位。
五、存在的問題及推廣應用前景
通過采用多種過空巷方案既摒棄了傳統(tǒng)做風橋的固化思維，充分利用巷道頂板特性成功完成巷道掘進，降低風險指數(shù)。而且采用粉煤灰充填工藝確保了工作面回采安全，降低了回采工作面頻繁過空巷帶來的不可控因素影響。是安全、高效、可行的方法，值得進行大范圍推廣。取得了明顯經(jīng)濟效益，技術(shù)總體水平較高，有很好的推廣前景。
作者：晉能控股煤炭集團云崗礦邱 健
