松散圍巖條件下綜放工作面末采快速貫通技術研究

郎軍 郭璋 韓偉

摘要：針對松散圍巖條件下綜放工作面末采管理問題，采用現場實踐和理論分析相結合及以往工作面實踐經驗，對伊泰京粵酸刺溝礦業有限責任公司6上117工作面末采期間相關事項進行了研究總結，結果表明：設備撤出巷位置規格、支護形式、等壓讓壓煤柱的留設及工作面工程質量等關鍵性因素采取了針對性的煤體加固、礦壓管控、工藝改進等主動預防技術措施，可以為綜放工作面貫通能夠起到快速優質安全的效果。

關鍵詞：綜放工作面;末采;等壓讓壓;支護

中圖分類號：TD323 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0097-03

采煤工作面回撤是開采的一道重要工序，直接影響到礦井的安全、產量、效益及工作面搬家速度[1-4]。根據現階段研究實踐情況，對于綜放工作面末采貫通進行了大量實踐和研究，而松散圍巖條件下綜放工作面安全高效貫通研究較少。文章通過總結分析伊泰酸刺溝煤礦6上117工作面末采貫通期間的生產經驗，在煤體加固、礦壓觀測、工藝改進等方面采取了針對性的主動預防技術措施，可為同類型礦井的煤礦末采提供借鑒。

1 6上117工作面概況

酸刺溝礦井位于準格爾煤田中西部，地形總體為北高南低，在此基礎上又表現為中部高而向東西兩側漸低之變化趨勢。6上117工作面位于井田一盤區南翼，工作面南北走向3292m，工作面傾向254.6m，煤層傾角l°～6°。該工作面上方為4煤4201工作面和4203工作面的部分采空區，煤層間距平均約55m，平面對照圖如圖1所示。煤厚平均14.4m。機采高度3.8m，放頂煤平均厚度10.6m。回采工程中工作面揭露斷層9條，沖刷帶3處。該工作面地形縱橫切割，形成梁峁、枝狀溝谷。工作面地形總體南部和北部較高、中部大面積低洼，高差約159.6m。

2 末采前期準備工作

2.1設備撤出巷的支護

6上117回采工作面煤層大部分頂板無直接頂，老頂為灰白色一灰色中粗粒砂巖、礫巖，泥質或鈣質膠結弱，圍巖松散，厚度30～57m。直接底為灰色泥巖，如圖2所示。老頂的穩定性是決定采場空間穩定性的主導因素嘲。考慮合理避開地表起伏、上覆煤柱、地表建筑及順槽揭露情況，最終確定距工作面切眼3292m處開設單通道設備撤出巷，巷道規格寬*高=5600mm×4200mm。

頂部錨索規格φ21.6×12000mm，煤柱幫采用φ18.9×6300mm型錨索+W鋼帶支護，兩順槽靠煤柱幫分別施工17排掛網錨索，方便回撤掛網使用。設備撤出巷回采幫施工鎖口錨索，方便回撤期間切頂回收跺架，錨索間距1400mm，距貫通幫距離2lOmm。膠、輔運順槽（回撤通道開口）回采側20m，煤柱側10m范圍，使用11#礦用工字鋼+錨索支護，支護斷面圖如圖3所示。

2.2注漿加固

煤體的完整性和強度對于支撐頂板起著關鍵作用[6]。貫通期間，工作面煤體支撐能力必然減小，為了提高煤體的完整性和強度，對貫通側全長及兩順槽回采側各20m范圍采取預注CRT-101加固材料的措施。由于設備撤出巷頂煤厚度平均7.2m，上排注漿孔需達到煤巖交界面。

2.3標志孔施工

煤體二次支護和注漿加固施工完畢后，施工貫通標志孔，為煤機割煤提供參考。煤機滾筒直徑2500mm，貫通最佳效果為工作面底板比撤出巷底板高200mm～400mm，貫通標志孔設計距底板2700mm，孔間距10m，變坡處間距調整為6m，孔深20m。標志孔為水平孔，角度不得大于1°。標志孔內插入PVC管，并注入白灰。

3 貫通期間控制技術

3.1頂底板、采高調整

推進至距設備撤出巷150m時，對工作面及設備撤出巷底板標高每間隔20m設置1個測量點進行測量，配合測量對工作面寫實素描。采煤時及時抬、剎刀使工作面底板比主回撤通道底板傾向坡度保持高400mm，使撤架時支架易于拉出;距50m時，測量頻次由每兩日一次調整為每日一次。同時開始逐漸將采高從3.8m降低至3.5m，不再放頂煤，使頂板回轉空間減小，從而降低來壓強度。

3.2等壓讓壓煤柱計算

工作面等壓技術是利用推進速度變化對采場來壓特征的影響，實現改變控制來壓的位置和持續長度的目標[7]。根據頂板災害監測預警系統顯示，6上117正常回采期間周期來壓規律較明顯，來壓步距平均約37m，來壓持續步距一般約12m，來壓時支架工作阻力11522.5kN～18577.5kN，最大工作阻力18577.5kN。距貫通50m開始不放頂煤后，不放頂煤來壓步距平均約30m，來壓持續步距一般約為8m，最大工作阻力15328.0kN。

根據極限平衡理論，當工作面在讓壓位置處于來壓狀態時，且來壓持續長度小于剩余煤柱寬度時，應適當降低回采速度，從而降低超前支撐壓力峰值，避開工作面貫通時的頂板來壓。當在讓壓位置處頂板未處于來壓狀態，從而避開來壓影響[8]。

D1為理論計算的等壓間隔煤柱寬度，m;D2為保證貫通時不來壓的等壓間隔煤柱寬度，m;Z1為超前支承應力影響下等壓間隔煤柱塑性區寬度，根據極限平衡理論，可由式（4）計算得出;Z2為間隔煤柱靠近主回撤側錨桿錨固范圍，為2.0m; 1c為來壓持續長度，根據末采階段來壓顯現取8m;k為考慮綜放影響增加的穩定性系數，取1.2。M為煤層采高，取3.8m;f為層面間的摩擦因數，取0.4;φ為煤體的內摩擦角，取25°;τ為煤柱側向約束力，取0.1MPa;C為煤層與頂板黏聚力，取5.6MPa;K為應力集中系數，2.5;γ為煤層重力密度，23.5kN/m3;H為煤層埋深，取275m。

計算得出D1取18.84m，運用貫通前期推進速度調控和等壓開采技術，使工作面推至距設備撤出巷18.84m附近位置時處于來壓狀態。實際末采時距撤出巷21m時仍未見大面積來壓，工作面中部個別安全閥開啟，決定等壓，同時檢修綜放工作面設備，確保來壓后快速貫通。

3.3掛網、挑梁

距撤出巷16m時頂板來壓基本通過，調整工作面與停采線平行，工作面支架排成一條直線（±50mm），保證機頭、機尾同時到達鋪網線，開始鋪設高強度聚酯纖維網，本次末采使用兩片柔性樹脂纖維網，第一片網規格8×265m，強度為600kN，且兩側（傾向）網邊各編入一道鋼絲繩;第二片網規格10×265m，強度為800kN，且編入10道鋼絲繩。末采工序為：割煤→放網→移架→推前部運輸機→撩網，采取循環作業，待貫通后，挑梁、清煤。貫通后及時將工作面的網片與設備撤出巷的網片搭接平整并扭結好。調整工作面支架架形，保證支架頂梁挑住設備撤出巷主通道支設的工字鋼，長度不少于400mm，方便支架撤出。

4 結語

通過設備撤出巷前期有條不紊的準備工作和具體的施工實踐，此次末采自開始掛網歷時72h，實現優質貫通。貫通時圍巖平穩垮落，達到了預期效果，在技術上和實踐中切實可行。貫通前設備撤出巷設備撤出巷位置規格、支護形式、等壓讓壓煤柱的留設及工作面工程質量等關鍵性因素采取了針對性的煤體加固、礦壓管控、工藝改進等主動預防技術措施，可以為綜放工作面貫通能夠起到快速優質安全的效果。其成功應用可以為同類型礦井的煤礦末采提供借鑒。

參考文獻

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[8]谷栓成，王博楠等.7m綜采面在末采階段回撤通道煤柱荷裁與寬度確定方法[J].中國礦業大學學報，2011，11（6）：992.