综放面上风巷外错式布置研究与实践

［摘要］通过在2322(3)综放面上风巷外错式布置实验研究，并采取科学的防水、防火及瓦斯治理等安全技术措施，从本质上改变了上风巷的围岩受力状况和维护状况，保证了综放面的安全高效生产，取得了良好效益。

［关键词］矿山压力；上风巷；外错布置；研究与实践

1 前言

淮南矿区新开综采(放)工作面，一般是将上风巷布置在煤层实体侧，并留设一定的煤柱护巷，但随着采场下移，地压增大，特别是受采动超前支承压力的影响，上风巷收缩变形严重，断面减小，经常造成断面不足2m2，严重时甚至阻塞，巷道维护十分困难，严重制约煤炭生产。为解决这一难题，我们选择2322(3)综放面，进行了上风巷外错式实验研究。

根据矿山压力原理，采煤面回采后，采场的地层压力将重新分布，形成支承压力，而在采空区及其边缘煤体内，支承压力低于原岩应力，形成采场降压区，降压区内巷受采动超前支承压力的影响也较小。

选择采空区布置工作面上风巷，在淮南矿区乃至国内尚无先例，尽管理论上优势明显，但布置在采空区内，给防水，防火及瓦斯治理等都带来新的课题。为此我们开展了综合试验研究，具体包括：上风巷合理外错距离的研究、采空区巷道围岩的充填封堵防漏风技术研究、采空区注浆防火技术研究、上风巷漏风监测技术研究、探放采空区积水技术研究等。通过1年多的研究和实践，已在2322(3)综放面安全回采煤炭80余万t，取得了良好效益。

2 工作面概况 

2322(3)面设计走向长933m，倾斜长180m，采深600m。由于受断层切割，工作面实际走向长减为870m，可采面积151360m2，可采储量122.5万t。

该面西邻2121(3)采空区(2003年3月采完)，东至13-1煤层上山，下方为13-1煤实体，上阶段为2312(3)面，其顶分层于1995年5月采完，走向长760m，倾斜长164m，采深570m，采高3.0m，跟13-1顶板回采。底分层剩余煤厚平均2.5m。

2312(3)面在回采期间，曾出现大量涌水，预计在该采空区内积水14600m3，最大水头高度10.7m。 2322(3)面设计为综放开采，其13-1煤层赋存较稳定，平均厚度5.7m，平均倾角8°，煤层瓦斯自然含量14～15m3/t，具有煤与瓦斯突出危险性。该面对应的11槽保护层2352(1)工作面于2002年10月采完，并采取了底抽巷穿层钻孔及顶板走向钻场抽放等瓦斯综合治理措施，已无突出危险性。

3 上风巷外错式布置

3.1布置理念

根据矿山压力原理及采空区残余支承压力分布情况，在煤体侧可将采区沿倾斜方向分为5个不同的地带，如图1所示，其中1为卸载带，2、3、4为支承压力影响带，5为原岩应力带。如将巷道布置在煤体一侧，在卸载带内，其应力较低，但宽度不易确定，易受地质条件及开采程度的影响而发生变化；在影响带，巷道将承受更大的支承压力，维护困难；在原岩应力带内，煤柱过大，造成资源浪费。因此，把目光投向采空区一侧，这一侧不仅支承压力小于原岩应力，而且受开采超前支承压力(动压)的影响也小。 

图1采空区沿倾斜支承压力分布状况图

具体方案是选取合理的外错距离，将2322(3)上风巷布置到2312(3)底分层内，从而使该巷道避免或减轻了2312(3)采空区煤体侧支承压力的影响和2322(3)工作面回采时超前支承压力的破坏作用，能从本质上改变巷道的围岩受力状况，保证巷道的畅通和所需的通风断面，保障综放面的安全生产和高产高效，降低生产成本。

3.2外错距的选取

1997年来，我矿先后在C13槽底区布置回采了7个工作面，实践表面，当底分层工作面巷道内错原顶分层工作面巷道3～4m时，其顶板压力一般较小，巷道易于维护，安全状况良好。因此，在选取外错距离时，参照了这一参数，并考虑实际开采因素，设计将2322(3)上风巷外错2312(3)下顺槽3m(净煤柱)。加上2312(3)下顺稽实际宽度5m，这样外错距离为10m(巷中)。

3.3采取的安全技术措施

为保障2322(3)综放面的安全回采，确保外错式布置取得成功，充分考虑了各种不利因素，从技术论证和安全保障两方面开展了大量工作。2003年9月编制完成《2322(3)上风巷外错式布置技术可行性分析》、《2322(3)综放工作面设计》、《2322(3)上风巷探放2312(3)采空区积水设计》、《2322(3)综放面上风巷周围煤壁防治煤自燃措施的施工方案》等。

在巷道掘进和回采过程中，严格执行相关安全技术措施，并成立专门监测小组，随时掌握采场状况，分析存在的不利因素，排除安全隐患，做到预测预报。为防止采空区及漏风带发生自燃发火，在上风巷沿走向每隔100m向巷道周围打钻并灌注防火材料(罗克休)，起到了防漏风作用；对采空区进行CO监测；对所有封闭墙漏风情况进行检查，发现漏风及时采取补救措施；对上风巷的顶板压力、瓦斯、涌水情况、采空区边缘顶板跨落高度和顶板最终沉降量、采空区边缘冒落岩石的压密度(胶结程度)等进行实测，根据观测结果编制相关安全技术措施，确保安全生产。

3.4实施情况

根据设计，2003年10月25日开始掘进2322(3)上风巷，2004年6月10日实现工作面贯通，共掘进巷道1920m，施工防火钻孔500余m，注浆1000多m3。2004年8月底完成工作面安装并投产，至2005年2月底已安全回采煤炭80多万t，尚余300多m可采走向长，预计2005年5月中旬收作。

4 效果分析

通过实验研究，与传统的上风巷内错式布置相比，外错式布置主要有以下优点： 

(1)上风巷受采动压力影响很小，从掘进到回采约1年多的时间内，巷道变形和收缩量很小，未出现U型钢棚扭曲和断裂现象，巷道无需二次维护，保证了足够的通风和进料断面，大大节约了生产成本。而据以往开采经验，内错式回采工作面，受开采动压影响，上风巷将经常遭到破坏，需要多次维护，影响正常生产，生产成本得不到控制。 

(2)提高了资源回收率。上风巷外错式布置，减少了留煤柱损失，若按8m煤柱计算，2322(3)综放面将比常规布置方式多回收近10万t煤炭，经济效益明显。 

(3)提高了掘进速度，节约了支护成本。由于在底区掘进，采用4#U型棚支护即可满足生产需求，速度快，成本低，也保证了工作面的正常接替。当然外错式布置也有缺点：由于是布置在采空区内，给防水、防火及瓦斯治理等都带来新的考验，需要采取一系列安全技术措施，从而增加安全投入。