5316 工作面破碎煤巖體撤架通道及末采支護技術

劉貴云

（晉能控股煤業集團成莊礦，山西 晉城 048000）

1 概況

晉能控股煤業集團成莊礦5316 放頂煤工作面開采3#煤層，煤層平均厚度6.36 m，工作面走向長度為1766 m，傾斜長度196.22 m，傾角為0～8°。直接頂和基本頂為6.22 m 厚砂質泥巖，層理發育，普氏硬度f=4～6，抗壓強度為14.1～48.4 MPa，屬不穩定-中等穩定頂板。直接底和基本底為13.18 m厚的砂質泥巖，層理發育，局部比較松散，普氏硬度f=4～6，抗壓強度為6.3～34.94 MPa，屬不穩定-中等穩定底板。

5316 工作面停采線位置在推進度1 427.7 m，機頭機尾落差14 m，停采線兩巷位置向里20 m、向外30 m 區域都已采用錨索吊掛工字鋼補強支護。目前回采接近尾聲，即將開始進行末采，并施工撤架通道，撤架通道寬2.5 m，高2.8 m。由于頂板砂質泥巖原生裂隙較為發育，受工作面超前動壓影響，撤架通道區域的圍巖及煤體松軟破碎，破碎煤巖體影響錨桿錨索支護強度，影響撤架通道的穩定性，需對5316 工作面撤架通道進行支護設計研究，確保通道的安全穩定，順利撤架。

2 撤架通道方式選擇

工作面撤架通道形成有2 種方式：第一種方式是預先掘出回撤通道，支架直接進入通道回撤；第二種方式是在支架推到回撤位置時，通過掘進機割煤，并打設錨桿、錨索，形成回撤通道[1]。預先掘出撤架通道具有提前施工、掘進與支護受外界影響因素較小等優點，但由于在工作面回采過程中要經受一次超前支承壓力的影響，超前支承壓力將會使通道在貫通前產生嚴重變形。采用第二種方式形成的撤架通道，具有不受超前支承壓力影響、圍巖應力較小、不用架設垛式支架等優點，但同時撤架通道形成前經歷過超前支承壓力的影響，煤巖體比較破碎，掘進支護困難[2-4]。結合5316 工作面的現場條件，3#煤層頂板原生裂隙發育，預先掘出的回撤通道受動壓影響將很難維護，撤架時通道將無法使用且存在較大安全隱患，因此選擇第二種方式。

3 撤架通道區域支護設計

3.1 撤架通道區域頂部支護

（1）通道區域頂部鋪設柔性網，停架后，全部架后柔性網落地且被壓住不少于1 m（若有局部柔性網未落地可用金屬網或塑料網補網）。前梁前端至煤壁段當柔性網足夠長時采用單層金屬網，柔性網長度不足時，不足部分采用雙層金屬網。柔性網末端至煤壁之間的金屬網下聯通長橫向鋼絲繩，間距0.8 m。從柔性網末端至保證通道完成后凈高不小于2.8 m（架前底板至鐵梁的高度），凈寬不小于2.2 m（支架前梁至煤幫單體柱之間的距離）。

（2）每個支架前梁上支設兩根不小于3 m 的工字鋼，工字鋼一頭搭在支架前梁上，搭接長度不少于0.4 m，另一頭緊靠煤幫，梁端支設單體柱，所有單體柱用防倒繩拴連，柱頭采用防倒皮進行防護。

（3）通道形成后，每架架間布置1 根頂錨索進行補強，位置布置在支架架間前梁梁端向外0.3～0.5 m；55#～105#架間距煤壁0.3～0.5 m 額外布置1 根8.4 m 錨索。

（4）錨索施工參數：8400 mm 錨索，頂錨索眼深為8010～8210 mm，孔徑Φ28 mm；頂錨索預緊力為269 kN；頂錨索露出錨具外150～400 mm；錨索排間距允許偏差±100 mm；頂錨索與頂板巖面角度為90°，允許偏差±10°。漲拉錨索時，發現不合格錨索，必須在其附近400 mm 范圍內補打一根合格錨索，若因頂板破碎仍不合格，在前梁下打兩根單體柱。如圖1、圖2。

圖1 撤架通道示意圖（mm）

圖2 頂部支護示意圖（mm）

3.2 撤架通道區域煤幫支護

由于撤架通道處煤巖體破碎，根據現場煤幫破碎及錨固效果，設計兩種煤幫支護方案：

（1）煤幫支護方案一

通道形成后煤幫鋪設單層金屬網，單網底邊距底板不大于400 mm，煤幫打金屬錨桿進行封幫，每架架前布置一根，架間布置一根，呈三花眼布置，錨桿水平間距1.5 m 左右，上排錨桿距頂板0.8～1.0 m，下排錨桿距底板0.8～1.0 m，封幫錨桿預緊力為162 kN，垂直于煤幫（當現場錨桿布置位置不能滿足要求時可適當做出調整）；封幫錨桿最多可墊一塊帶孔木柱帽（為了實現快速安全封幫，第一組作業人員提前施工上部錨桿，第二組人員施工底部錨桿，形成三花眼布置方式），施工完成采用板梁或背板進行背幫。

錨桿施工參數：2400 mm 錨桿，鉆孔眼深2290～2350 mm，孔徑Φ30 mm，錨桿露出螺母外10～50 mm，幫錨桿排間距允許偏差±100 mm；幫錨桿與幫部煤體角度為90°，允許偏差±15°。發現不合格錨桿時，在離原錨桿300 mm 范圍內補打合格錨桿，煤幫壓力大時，支架前適當縮小錨桿間距，片幫大或煤體酥軟無法施工錨桿時可補打不小于4.3 m 錨索進行封幫。煤幫支護方案一如圖3。

圖3 煤幫支護方案一示意圖（mm）

（2）煤幫支護方案二

當煤幫的煤體破碎嚴重，采用錨桿支護達不到設計要求時，該區域執行封幫支護方案二：通道形成后煤幫鋪設單層金屬網，單網底邊距底板不大于400 mm，采用雙排4.3 m 錨索進行封幫，上排錨索距頂板0.8～1.0 m，下部錨索距底板0.8～1.0 m，錨索間距1.0 m，預緊力150 kN。若預緊力仍達不到設計要求時，煤幫及時打上貼幫柱用來加強支護。

幫錨索的技術要求：4300 mm 錨索，鉆孔眼深為3910～4110 mm，孔徑Φ28 mm；幫錨索預緊力為150 kN；幫錨索露出錨具外150～400 mm；幫錨索排間距允許偏差±100 mm；幫錨索與頂板巖面角度為90°，允許偏差±10°。煤幫支護方案二如圖4。

圖4 煤幫支護方案二示意圖（mm）

（3）煤幫支護方案選擇

5316 工作面撤架通道區域首先選擇支護方案一進行煤幫支護，通過2.4 m 強力金屬錨桿可有效控制巷道煤幫的變形，基本可滿足撤架通道巷幫的安全穩定，且相比錨索施工更加快速、便捷、經濟。

但因巷道圍巖條件存在差異性，部分區域煤幫受動壓影響嚴重而十分破碎，支護方案一中的2.4 m金屬錨桿支護無法有效錨固到完整巖層，存在錨固力不達標、支護達不到設計要求情況。因此，對于撤架通道煤幫十分破碎區域，在局部采用支護方案二進行煤幫支護，通過4.3 m 錨索可增加錨固范圍，提高錨固效果，有效控制巷幫破碎煤巖體的變形。

3.3 機頭機尾側上工字鋼及兩巷超前支護

從停架前6～8 刀煤開始至停架時，工作面機頭在端頭架及排頭1#架頂梁上平行工作面上四根工字鋼，鋼梁尾要頂住煤幫，梁頭需搭在1#排頭架上不少于200 mm；機尾要在最后至少2 個排尾架上面平行工作面架設四根工字鋼梁，鋼梁尾要頂住煤幫，梁頭需搭在149#架上不少于200 mm。停架前6～8刀煤開始上工字鋼，保證停架時支架上方均勻布置有四根工字鋼，間距750～1000 mm 左右。機頭機尾停采線向里20 m、向外30 m 頂板已采用7.4 m 錨索吊掛工字鋼補強。

4 支護效果分析

為了驗證撤架通道的支護效果，對撤架通道錨桿錨索受力、頂板離層、巷道變形量進行監測。撤架通道內錨索受力在324～412 kN 之間，平均受力366 kN；錨桿受力在118～142 kN，平均受力129 kN。錨桿錨索受力均小于破斷載荷，支護合理。頂板離層儀深部基點最大值為43 mm，淺部基點最大值為18 mm，頂板離層量不大，均在安全的范圍內。撤架通道兩幫變形量最大值為118 mm，頂底板移近量最大值為98 mm，巷道變形量較小。監測數據說明該支護設計方案可有效控制撤架通道處破碎煤巖體的變形破壞，維護撤架通道安全穩定，為工作面順利撤架提供了技術保障。