斜溝礦18205 大采高工作面預(yù)掘回撤通道掩護(hù)式支架支護(hù)探討

白 宙

（西山煤電集團(tuán)設(shè)計(jì)院，山西 太原 030053）

0 引 言

大采高綜采工作面末采時，回撤通道圍巖移近量會大大增加，頂板變得破碎，片幫也隨之加劇[1]。綜采工作面的機(jī)電設(shè)備數(shù)量多，體積大，重量高，而且工作面空間狹窄、環(huán)境惡劣，頂板壓力大，回撤工藝復(fù)雜，對回撤空間支護(hù)質(zhì)量要求高[2]。故而大采高綜采面的回撤作業(yè)，集中體現(xiàn)了礦井的機(jī)械化與集約化生產(chǎn)水平。在工作面超前支承壓力影響下的回撤巷道圍巖穩(wěn)定性控制，必須做到精準(zhǔn)與安全[3]。結(jié)合現(xiàn)有的“錨網(wǎng)索”聯(lián)合支護(hù)原理，煤礦在工作面末采階段，通常采用木垛或單體液壓支柱補(bǔ)強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對回撤通道圍巖運(yùn)移的有效控制，這種支護(hù)方式效率低，材料使用多，勞動強(qiáng)度大，支護(hù)時間長[4-5]。

眾多學(xué)者針對這一問題，進(jìn)行了有益探索，高士崗[6]、史超[7]等結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測工作面超前支承壓力分布規(guī)律、理論研究支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)以及數(shù)值模擬方案對比等方法，認(rèn)為傳統(tǒng)“錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)+垛式支架護(hù)巷”能有效支護(hù)回撤通道。由于專用垛式支架造價昂貴，運(yùn)轉(zhuǎn)繁瑣，這種回撤通道圍巖控制方式并未普及采用[3]。

本文結(jié)合斜溝煤礦18205 大采高工作面使用的ZY10800/28/63D 型支撐掩護(hù)式支架外形尺寸較大回撤復(fù)雜等技術(shù)條件。結(jié)合18503 工作面撤面時的ZY7600/23/47 型支撐掩護(hù)式支架，構(gòu)建了“錨-索-網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)+掩護(hù)式液壓支架”支承的新型耦合回撤巷道支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)了既能夠確保工作面正常接替，減少因?yàn)楣ぷ髅嬷Ъ芑爻贩桨傅牟缓侠韼淼闹芷谶^長，成本增加以及發(fā)生安全問題等，又能夠?yàn)槠渌愃频刭|(zhì)生產(chǎn)條件工作面支架回撤工作提供經(jīng)驗(yàn)和參考價值。

1 工程概況

18205 工作面位于12 采區(qū)，工作面地表地形為中低山區(qū)，地表起伏較大，蓋山厚度389～590 m。工作面位于12 采區(qū)輔助運(yùn)輸下山南側(cè)，東部、南部、西部均為實(shí)煤區(qū)。工作面直接頂為泥巖，平均厚度4.28 m；直接底為泥巖，平均厚度0.95 m。

工作面傾斜長度267 m，可采走向長度2 840 m，工作面煤層厚度平均4.7 m，煤層傾角平均9.4°。材料巷、皮帶巷沿煤層頂板掘進(jìn)。若不預(yù)掘回撤通道，工作面停采后，由于回采引起的超前支承壓力較大，向前掘進(jìn)回撤聯(lián)巷時，巷道圍巖破碎，支護(hù)難度較大。同時為因工程量大，減少材料消耗，采用預(yù)掘單回撤通道的形式，即在綜采工作面停采線處沿煤層頂板，于工作面距停采線1 500 m 時，掘進(jìn)一條垂直于上下兩巷道的回撤通道，形成大采高綜采工作面重裝備單通道回撤系統(tǒng)。18205 回撤通道前期已施工完成，后期已經(jīng)對其進(jìn)行了拉底硬化。

2 回撤通道支護(hù)方案的選擇

2.1 回撤通道初期支護(hù)方式

初期支護(hù)的主要作用為，提供一定的支護(hù)強(qiáng)度來消減由于回撤通道掘進(jìn)造成的巷道變形，為后期液壓支架支護(hù)提供有效作業(yè)空間。

回撤通道沿煤層底板掘進(jìn)，成巷初期回撤通道采用傳統(tǒng)“錨-索-網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)形式，頂板錨桿采用為高強(qiáng)度錨桿，頂錨索采用“五花”型布置方式。工作面幫部采用玻璃鋼錨桿，煤柱幫采用螺紋鋼錨桿，煤柱幫側(cè)采用鋼帶錨索對煤柱幫進(jìn)行加固，具體支護(hù)參數(shù)見表1，支護(hù)形式見圖1。

表1 巷道優(yōu)化支護(hù)參數(shù)

圖1 回撤通道支護(hù)斷面圖

18205 工作面回撤通道，巷道斷面積為21.62 m2，最大跨度為4.6 m，屬于大斷面巷道，回撤通道圍巖具有較為嚴(yán)重的失穩(wěn)隱患。且在工作面推進(jìn)過程中巷道圍巖必然受到工作面超前支承壓力，工作面動壓將導(dǎo)致巷道圍巖的應(yīng)力大幅度增加，造成巷道支護(hù)困難，引起巷道圍巖不同程度的變形失穩(wěn)破壞，故在回撤通道掘進(jìn)與初期支護(hù)作業(yè)完成后，有必要增加巷道支護(hù)強(qiáng)度，控制巷道圍巖變形，保證回撤通道的安全高效使用。

2.2 回撤通道最終支護(hù)方式

在回撤通道初期支護(hù)完成后，放置液壓支架，用于支護(hù)頂板。結(jié)合斜溝礦實(shí)際情況，18503 工作面回撤，井下現(xiàn)有閑置的ZY7600/23/47 型液壓支架，為集中液壓支架升井檢修時間段，一般要求在18205工作面回采完畢后，兩工作面液壓液壓支架同時升井檢修；根據(jù)以往回撤經(jīng)驗(yàn)，回撤通道為大斷面，木垛難以很好地承受收尾期間的壓力，導(dǎo)致回撤通道頂板下沉量大、底板鼓起，幫部破碎；ZY7600/23/47液壓支架支撐能力大大強(qiáng)于木垛；放置支架工藝雖稍微復(fù)雜，但可以撤出后進(jìn)行多次應(yīng)用，木垛為一次性消耗品。決定采用回撤通道液壓支架支護(hù)方案。

2.3 液壓支架數(shù)量及擺放位置的確定

液壓支架的數(shù)量決定了回撤通道內(nèi)有效支護(hù)面積，在合理的布局下，充分放置液壓支架十分必要；液壓支架擺放位置的不同對回撤通道的支護(hù)效果也不一樣，合理的位置擺放能充分的支護(hù)頂板，也有利于回撤通道內(nèi)支架的撤出。為實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖的強(qiáng)力控制，確定平行巷道兩排邁步式擺放液壓支架。在不影響回撤的同時，盡可能的支護(hù)回撤通道的頂板，保證頂?shù)装宓姆€(wěn)定性。

18205 回撤通道內(nèi)安裝支架型號為ZY7600/23/47 共99 臺，支架沿巷道中心線呈雙排邁步式布置，靠工作面一側(cè)支架距煤幫490 mm 安設(shè)共計(jì)50 臺；靠保護(hù)煤柱一側(cè)支架距煤幫290 mm 安設(shè)共計(jì)49 臺，后一臺支架頂梁前端與前一臺支架頂梁末端相距1 230 mm（全部取自18503 回撤支架），支架呈雙排邁步式布置，首先安裝1 臺靠工作面幫側(cè)的支架，再安裝1 臺靠保護(hù)煤柱側(cè)的支架，依此類推，直至安裝完所有支架；每一排支架要保證后一臺支架頂梁前端與前一臺支架頂梁末端連接，見圖3。可見有效運(yùn)輸空間為 1 400 mm×4 000 mm，滿足18205 大采高工作面使用的ZY10800/28/63D 型支撐掩護(hù)式支架拆解回撤最小運(yùn)輸安全尺寸。

圖2 18205 回撤通道支架布置平面圖

圖3 18205 回撤通道運(yùn)輸空間

3 收尾回撤期間礦壓數(shù)據(jù)觀測

為檢測ZY7600/23/47 型液壓支架對回撤通道圍巖控制效果，在回撤通道中部設(shè)置頂?shù)装寮皟蓭鸵平繙y站同時進(jìn)行鉆孔窺視測試，對巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評價。工作面末采階段回撤通道表面移近量，見圖4，回撤通道鉆孔窺視結(jié)果見圖5。

圖4 工作面末采時巷道表面移近量

圖5 巷道表面0～2.4 m 鉆孔窺視圖

由圖3 可知工作面與回撤通道貫通期間頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平孔畲螅謩e為302 、139 m。當(dāng)工作面與回撤通道貫通后，回撤通道頂板圍巖活動逐步趨于穩(wěn)定。工作面貫通前，隨著煤柱寬度的減小，煤柱逐漸失去支撐作用，工作面頂梁前端至回撤通道煤壁頂板載荷逐漸從“工作面支架+煤壁+回撤通道支架”的支撐狀態(tài)變?yōu)椤肮ぷ髅嬷Ъ?回撤通道支架”支撐狀態(tài)。結(jié)合圖5 可知，回撤通道與工作面貫通時，頂板0～1.2 m 范圍內(nèi)裂隙發(fā)育，該范圍內(nèi)頂板基本破碎，未能形成有效的承載結(jié)構(gòu)，但在1.2～2.4 m 范圍內(nèi)頂板保持穩(wěn)定，可見在巷道深部圍巖中，頂板巖層與液壓支架以及支護(hù)體共同形成了穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。綜合可知，采用ZY7600/23/47 型支撐掩護(hù)式支架可以有效控制回撤通道圍巖變形。

4 社會、經(jīng)濟(jì)效益

采用ZY7600/23/47 型支撐掩護(hù)式支架控制回撤巷道圍巖穩(wěn)定性的形式較傳統(tǒng)回撤巷道支護(hù)有較為明顯的進(jìn)步。首先，利用液壓支架對頂板的主動支撐與控制，主動保持回撤巷道頂板的變形，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)木垛支護(hù)被動受力的缺陷，既保證了18205 大采高綜采工作面的安全順利回撤，又節(jié)約了傳統(tǒng)“錨網(wǎng)索+木垛”支護(hù)成本，單面累計(jì)為斜溝礦創(chuàng)造效益98 萬余元；同時，該液壓支架可與工作面設(shè)備共用液壓管路，提供了“工作面液壓支架-回撤巷道液壓支架”的協(xié)同控制模式，可對回撤巷道頂板貫通時，產(chǎn)生耦合保護(hù)作用，保障了工作面的安全生產(chǎn)，避免了二次甚至多次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，較其余工作面回撤提前了25 d，為實(shí)現(xiàn)快速“搬家倒面”提供了前提[8]；最后， 由于其采用 18503 工作面需回撤的ZY7600/23/47 型，相較垛式支架護(hù)回撤通道的模式，顯著縮短了支架運(yùn)輸與安裝成本。

5 結(jié) 語

針對斜溝煤礦18205 大采高綜采工作面預(yù)掘單回撤通道時，巷道斷面大受采動影響后回撤通道圍巖具有失穩(wěn)隱患的問題，結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)際，提出將閑置的ZY7600/23/47 液壓支架用于對18205 工作面回撤巷道的支護(hù)，采用預(yù)掘回撤通道雙排液壓支架支護(hù)，提高回撤通道內(nèi)的支護(hù)強(qiáng)度，大大增加回撤通道支護(hù)的可靠性和安全性。現(xiàn)場實(shí)測頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平孔畲蠓謩e為302、139 m，巷道頂板1.2 m 以上的圍巖保持穩(wěn)定，說明該種支護(hù)方式有效保證了巷道圍巖的穩(wěn)定性。同時，采用該種支護(hù)方式節(jié)約斜溝礦成本98 萬余元，工期提前25 d，可見該種回撤通道圍巖控制方法具有較高的借鑒與參考價值。