綜采工作面回撤通道圍巖控制技術研究

石茂虎

(左權縣應急管理局， 山西 晉中 032600)

綜采工作面設備的安全快速回撤直接關系礦井工作面的生產接替，因此，對綜采工作面末采期間回撤通道圍巖控制技術的研究尤為重要。末采期間，礦壓顯現比較劇烈，容易發生回撤通道頂板冒落和煤壁片幫。工作面距離回撤通道越近，對回撤通道的影響越明顯，特別是頂板，回撤通道的圍巖壓力和圍巖位移量將會顯著增加。只有保證回撤階段圍巖穩定，才能保障綜采工作面安全快速回撤得以順利實現，為煤礦安全高效生產奠定基礎[1-3]. 因此，有必要對綜采工作面回撤通道圍巖控制進行研究。

1 工程概況

神華包頭能源有限責任公司李家壕井田位于內蒙古鄂爾多斯東勝區，行政區劃隸屬東勝區罕臺鎮管轄，煤層結構較為簡單，層位較穩定，厚度變化較大，在勘查區的南部較厚。2-2中煤116綜采工作面推進長度2 406 m，工作面長度是300 m，平均煤層厚度3.0 m，煤層傾角0～3°，平均埋深185 m；綜采工作面回撤技術采用預掘雙回撤通道技術，綜采工作面輔回撤通道斷面規格為5.4 m×2.6 m，主回撤通道斷面規格為5.2 m×2.4 m，主回撤通道和輔回撤通道之間的保護煤柱寬度為25 m，主回撤通道和輔回撤通道都將用做回撤設備。其綜采工作面布置見圖1.

圖1 工作面布置圖

2 2-2中116工作面回采巷道鉆孔探測

由于回撤通道與主運平巷是同一區域地質條件，為了研究靠近回撤通道以及遠離回撤通道頂板的變化情況，分別在主運平巷距離主回撤通道50 m、150 m、200 m的頂板位置各布置1個測站。根據礦井實際生產情況以及現場施工條件，設計回采巷道頂板鉆孔d28 mm，鉆孔深度10 m，施工過程中可根據具體情況有所改變。

由主運平巷鉆孔探測結果(圖2)分析可知：1) 頂板夾煤層變化情況。鉆孔測站1的探測結果為在頂板2～8 m觀測深度內，有0.1～0.3 m不同厚度的煤夾層，主要集中在頂板2～5 m觀測深度內；鉆孔測站2的探測結果為在頂板1～2 m觀測深度內，有0.6 m厚度的煤夾層；鉆孔測站3的探測結果為在頂板0～7.4 m觀測深度內，無明顯的煤夾層。2) 頂板的各層位巖性情況。在頂板觀測深度范圍內，巖性有煤、砂質泥巖、細粒砂巖、泥巖，主要巖性為砂質泥巖和細粒砂巖；砂質泥巖主要集中在頂板的0～4 m和6～8 m觀測深度內，厚度在0.4～4.6 m；細粒砂巖主要集中在頂板的6～9 m觀測深度內，厚度在0.2～1.6 m；少量的泥巖在頂板觀測深度頂部。3) 頂板的圍巖發育情況。在頂板觀測0～1.5 m內圍巖縱橫裂隙交叉分布，逐漸向頂部觀測發現，裂隙漸漸減少，破碎逐步減輕；層位結構比較穩定，裂隙和破碎不明顯。

圖2 探測巖性圖樣及縱剖面圖

3 回撤通道圍巖控制的初次支護方式和加固支護

3.1 回撤通道圍巖控制的初次支護方式

錨網支護能使圍巖的完整性、承載能力以及剛度得到增強，減小片幫以及冒頂現象的出現[4]. 根據現場回撤通道頂板巖性的實測情況以及李家壕礦的地質資料，確定回撤通道圍巖控制的初次支護方式：主回撤通道頂板采用掛鋼筋網+菱形網+左旋無縱筋螺紋鋼錨桿+錨索聯合支護，主回撤通道副幫采用圓鋼錨桿+錨索+W型鋼帶+菱形網聯合支護。

3.2 回撤通道圍巖控制的加固支護

從回撤通道圍巖控制的初次支護完成到綜采面貫通中間間隔的時間一般較長。在回撤通道的服務階段，隨著綜采面的不斷向前推進，當進入末采階段時，綜采面和回撤通道周圍的巖體會不斷發生變化，圍巖的受力狀態也會隨之不斷改變。因此，當回撤通道處于不同階段時，其支護形式也會有所不同。

回撤通道在掘進施工完成后通常采用錨桿索聯合支護的主動支護形式；回撤通道進入綜采面的采動影響階段時，由于已提前對回撤通道進行了補強加固支護，因此，通常采用垛式液壓支架的被動支護形式。回撤通道處于貫通階段時，綜采面的液壓支架上方已提前鋪設了金屬網，且隨著液壓支架被搬運出去，要在相應的位置支設木垛或者其他措施。該礦2-2中116綜采面與回撤通道距離兩百多米時，在回撤通道縱向安裝兩排垛式液壓支架，對圍巖進行被動的補強加固支護；后期對回撤通道容易出現變形下沉嚴重的中間頂板區域進行補打錨索的加固支護。貫通回撤搬家期間根據現場圍巖具體情況采取相應的加固支護措施。通過對處于不同服務階段的回撤通道的支護分析，提出了2-2中116綜采面回撤通道圍巖控制的補強加固支護技術。

1) 回撤通道底板澆筑砼加固技術。

回撤通道進入末采階段時，綜采面不斷靠近回撤通道，回撤通道受工作面的采動壓力會逐漸明顯，圍巖可能會出現相對較大的變形破壞。若底板圍巖變形破壞嚴重，會出現較大范圍的底鼓現象，使得回撤通道底板的平整度降低。這種情況不僅增加了在回撤通道里安裝垛式液壓支架的難度，而且影響了垛式液壓支架的支護強度，加大了綜采面貫通后回撤搬家工作的難度。因此，為了使回撤通道底板的平整度較高且底鼓值較小，對回撤通道底板澆筑適當厚度的砼，使回撤通道底板淺部圍巖和澆筑的砼形成一個整體，使回撤通道底板圍巖表面得到密封，降低底板受水浸泡以及風化作用的影響，保障底板圍巖的力學性能，維持底板的承載能力在合理范圍。

2) 回撤通道頂板和保護煤柱幫(或實體煤幫)補打錨索加固技術。

通常情況下回撤通道的兩幫是煤體，頂板的淺部巖層也可能是煤體。煤體的強度以及承載能力相對較小，當綜采面進入末采期間其動壓影響較為明顯，會出現煤體變形較大的情況。在回撤通道頂板和保護煤柱幫(或實體煤幫)補打錨索加固，回撤通道圍巖的中間區域容易出現變形，需使加固支護強度增大，而其他區域適當變小。

3) 回撤通道的臨時加固技術。

通常可以把單體支柱用做回撤通道臨時加固支護體，雖然單體支柱的支護強度沒有垛式液壓支架大，但其整體結構小，搬運方便、安裝簡單、拆卸便捷。在末采期間或綜采面和回撤通道貫通后，如果回撤通道上覆巖層出現一定區域變形下沉較大的現象，可以使用單體支柱對圍巖變形較大的局部區域進行臨時補強支護。在綜采面貫通后的回撤搬家階段，當回撤通道的支架被搬走，單體支柱可以被用做臨時加固支護體，由于其占據空間相對較小，基本不會影響其他現場工作的正常進行。

4) 主輔回撤通道間聯絡巷的加固技術。

回撤通道施工掘進完成后，一般主輔回撤通道間的聯絡巷采取錨網索的初次支護形式。當綜采面進入末采階段，通常回撤通道會提前安裝垛式液壓支架，在垛式液壓支架的搬運以及安裝過程中，難免會和主輔回撤通道間的聯絡巷發生摩擦碰撞，破壞聯絡巷的原有支護體。

4 回撤通道圍巖控制的支護效果評價

1) 回撤通道表面位移監測站布置情況。

根據礦井工程現場的實際情況，從回風平巷至主運平巷的方向上在主回撤通道和輔回撤通道分別布置測站：主回撤通道約每隔20 m在其頂板以及頂板斷面相對應兩幫的中間位置布置一個測站，共布置14個測站；輔回撤通道約每隔15 m在其頂板以及頂板斷面相對應兩幫的中間位置布置一個測站，共布置17個測站，其測站具體布置圖見圖3.

圖3 回撤通道表面位移監測站布置圖

2) 主輔回撤巷道表面位移監測結果及分析。

主回撤通道現場表面位移監測結果見圖4. 由圖4可知，其頂底板移近量和兩幫移近量的最大值分別為250 mm、640 mm. 在工作面的采動壓力影響區域內，主輔回撤通道的頂底板和兩幫的表面位移都產生了波動，特別是工作面和主回撤通道即將貫通時礦壓顯現較劇烈。主回撤通道頂底板移近量出現比較大的增量主要集中在主回撤通道的兩個端部區域，主回撤通道的中部未產生較大的位移增量是由于貫通前提前補打了錨索。回撤通道的表面位移變化以及采動影響表現趨勢基本一致，主回撤通道圍巖的變形破壞不嚴重，只是出現部分底板微小的底鼓以及部分煤壁片幫現象，頂板下沉量也不大。

圖4 主回撤通道14個測站表面位移變化圖

5 結 論

本文在鉆孔探測與位移監測的基礎上，分析了2-2中116綜采工作面回撤通道的變形破壞特征，提出了綜采面回撤通道圍巖控制技術：

1) 回撤通道圍巖控制需采用“主動支護為基礎、被動支護為根本”的聯合支護原則，做好回撤通道的初次支護。

2) 在初次支護的基礎上，須采取針對性的補強加固措施，即在回撤通道底板澆筑砼加固、在回撤通道頂板和保護煤柱幫(或實體煤幫)補打加強錨索、在回撤通道頂板下方安設垛式液壓支架及對主輔回撤通道間的聯絡巷加強支護。

3) 現場監測和實際回撤過程表明，頂底板移近量和兩幫移近量的最大值分別為250 mm、640 mm，在回撤通道綜合穩定控制的前提下一周內可順利、快速完成綜采工作面回撤搬家工作。