大采高一次采全高综采工作面跨采迎掘技术研究与实践

曹建民

摘要：文章对张双楼煤矿-500m西一7201、9201上下重叠布置工作面在同采、同掘情况下，不同时期应力分布规律进行了研究，摸索出上部工作面回采，下部工作面两道掘进期间不同采动阶段的侧向和超前支承应力演化规律，提出了位于其下部及侧方巷道施工合理掘进、停掘和复掘时机及支护设计。通过研究、施工，缓解了矿井接续，实现了安全生产。

关键词：重叠布置；应力分布；合理掘进；复掘时机。

1 采区概况

1.1 7201工作面基本情况

7201工作面位于-500m水平西一采区，东起东风井保护煤柱，西距-500西二运输上山约70m，南至7煤煤层开采上限以下，北部为7403、7204、7203工作面采空区。工作面内北部下伏9403工作面采空区，7201工作面从溜子道向上20～76m处于9403采空区上方，中部下伏-500西一采区轨道上山、运输上山等巷道，西临-500西二采区轨道上山、运输上山等巷道。

7201工作面煤层厚度稳定，煤层厚3.5m～6.5m，平均煤厚4.8m，采高4.2m；煤层倾角14～21°，平均19°，工作面溜子道标高-278.9～-324.8m，埋深264.5～288.1m，材料道标高-226.5～-250.1m；走向长度970 m，倾斜长度151.1～226.8 m/190.9m，可采储量111.85万t，工作面采用单一走向长壁综采一次采全高回采工艺，工作面两道沿7煤顶板掘进，回采期间工作面正常涌水量10～20m³/h，最大涌水量40m³/h。

1.2 9201工作面基本情况

9201工作面位于-500水平西一采区，东起东风井保护煤柱，西至-500西二轨道上山，南至9煤风氧化带，北部为9402、9403工作面采空区。巷道西部下伏-500西一采区轨道上山、运输上山、西二采区轨道上山、运输上山、-260西总回风巷等巷道。

9201材料道从9煤运输上山联络巷上车场开窝，托顶煤施工平巷30m后按12°上山施工斜巷约29m，跟上煤层顶板后按正常断面施工至西二轨道上山位置，总工程量1125m。2020年3月开工，于2021年8月份竣工；9201工作面溜子道跟顶板施工，总工程量1171m，2020年6月开工，于2021年10月份竣工。

1.3 7201工作面与9201工作面关系

-500m水平西一采区7煤和9煤层间距为21.76～35.6m，其中 7、9 煤之间的岩层由上向下依次为灰黑色泥岩，厚度为2.60m，灰黑色砂质泥岩，厚度5.9m，灰白色细砂岩，厚度18.2m，黑～黑褐色9煤，厚度3.8m。9201工作面材料道采用外错式布置，与7201材料道水平错距48～91m，最小垂距21.76m。9201 溜子道位于7201工作面下方，与7201材料道内错60～100m，最小垂距27.76m。

根据接续安排，在-500m西一采区7201工作面回采过程中需要提前对重叠布置于其下方的9201工作面进行掘进，具体位置详见图 1-1。

图 1-1 工作面布置平面图

1.4研究内容

2020年元月-3月份，张双楼煤矿与中国矿业大学联合对9201材料道和溜子道安全高效掘进技术进行了研究。研究的主要内容：按照现有巷道布置，在7201工作面回采过程中研究不同采动阶段侧向和超前支承应力演化规律，提出合理的掘进、停掘和复掘时机及支护设计方案。

2 研究结论

2.1影响范围

在7201工作面开采引起支承压力作用下，实煤体边缘底板极限平衡区最大深度为11.8m，小于7201和9201工作面之间的最小层间距21.76m。因此，7201工作面回采过程中，在垂直方向围岩损伤范围小于层间距，对9201材料道和溜子道掘进影响较小。同时，7201工作面侧向支承应力水平方向最大影响距离29.8m，小于9201 材料道最小水平错距48m，因此9201材料道位于其上部7201工作面采动影响范围之外。

2.2 掘进时机的确定

通过采用数值模拟分析出不同掘巷时机对围岩变形的影响，据此得出合理的掘巷时机。即9201材料道和溜子道在7201工作面前方50m停止掘进，在滞后7201工作面100m开始复掘。

3 支护设计

3.1围岩应力稳定段

（1）顶板支护

顶锚杆设计规格为Φ22×2400mm的左旋螺纹钢锚杆，间、排距900×900mm，安装一支CK2335和两支Z2360树脂锚固剂锚固。顶板靠近两帮的锚杆左边倾斜30°、右边倾斜15°安装，其余垂直顶板安装。

顶部锚索设计规格Ф18.9×6300mm，间、排距1600×1800mm，使用300mm×300mm×16mm碟形托盘及配套的锁具，安装一支CK2335和两支Z2360树脂锚固剂锚固。顶板铺设钢筋网和Ф14mm圆钢制作的钢筋梯子梁，顶板钢筋网长×宽为4400mm×1000mm，搭接长度100mm，顶板锚索托盘尺寸为300×300×16mm，顶部锚杆钢筋梯子梁长×宽为3850mm×60mm。

（2）两帮支护

两帮采用Φ22×2400mm的左旋螺纹钢锚杆，间排距为900×900mm，左帮每排5根，右帮每排3根。帮部锚杆垂直于帮部墙体，配套使用方形钢托盘、减摩垫圈、让压管以及球形垫圈，托盘规格为120mm×120mm×10mm，安装一支CK2335和一支Z2360树脂锚固剂锚固。两帮铺设8#菱形金属网和Ф14mm圆钢制作的钢筋梯子梁，帮部锚杆钢筋梯子梁长×宽为2250mm×60mm。帮部菱形金属网规格长×宽为2600mm×900mm，帮部网片与顶板搭接100mm，同时两片之间搭接100mm。

在两帮中部设计施工一排锚索，锚索规格φ18.9×6300mm，间距2700mm,碟形托盘规格为300mm×300mm×16mm，使用一支CK2335，两支Z2360树脂锚固剂锚固。

3.2 9201两道支护方案设计

根据9201工作面两道所处应力环境设计9201材料道、溜子道支护方案。

3.2.1 材料道围岩应力剧烈段

（1）顶板支护

顶锚杆与正常段同，顶锚索改用Ф21.8×6300mm，间排距改为1350×900mm，配套支护材料及支护参数与正常段同。

（2）两帮支护

帮部改为双排锚索布置，锚索规格为φ21.8×6300mm，间、排距为1800×900mm，两帮锚杆支护材料及参数与正常段同。

（3）巷道加强支护

9201材料道采用单体液压支柱同时配合 π 钢梁进行加强支护，一梁三柱，排距 1000mm，间距满足掘进运输、行人等要求。

3.2.3 9201溜子道支护方案

（1）围岩应力剧烈增加阶段顶板支护

顶部锚索规格不变，即为Ф18.9×6300mm锚索，间、排距改为2700×900mm，顶锚杆及其他支护参数与正常段同。

（2）两帮支护

帮部改为双排φ21.8×6300mm锚索加强支护，间排距为1800×900mm，顶锚杆及其他支护参数与正常段同。

（3）巷道加强支护

支护材料及参数与9201材料道同。

4 综合效益分析

（1）通过采用不同阶段施工、分不同区段确定支护设计，掘进天数减少100天，每天人工成本12000元，设备成本5000元，其余成本3400元，合计100×20400=204万元，节省经济成本204万元。

（2）缓解了矿井生产接续紧张的状况，避免了采掘脱节的风险。

（3）采用针对性的支护方案，避免了强动压下支护不足和稳定时期支护强度过高造成的资源浪费问题。

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