綜采工作面動壓區回撤通道施工方案及支護技術

王雪龍

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦）

煤礦綜采工作面在回采結束后，需要通過回撤通道將液壓支架及相關設備轉移到下一個采煤工作面。目前最為常用的采煤工作面回撤通道的掘進方式是預掘回撤通道。預掘回撤通道就是在停采線附近預先掘出1條與采煤工作面平行的回撤通道，當采煤工作面與預掘回撤通道貫通后，用以回撤液壓支架。但預掘回撤通道是超前于工作面回采完成，會產生超前工作面回采的壓力，由于應力集中會在工作面附近一定范圍內產生動壓擾動［1-4］，預掘的回撤通道在工作面回采的超前動態支撐壓力影響下，易發生壓垮末采段煤柱、壓死液壓支架等事故；并且在回撤過程中，經常出現頂板及兩幫垮落現象，回撤通道維護困難，易造成瓦斯積聚、風速超限等問題，存在重大安全隱患。目前解決措施一是采用加強支護強度，如打錨索、注漿錨桿等技術進行巷道加固；二是改善回撤工藝，如調整支架設備撤出順序等。雖然取得了一定的效果，但是并沒有改變巷道的圍巖結構，也就沒有從根本上改變支撐壓力的分布特點［5-7］，不具備讓壓特性，存在應力集中造成巷道圍巖大變形等問題。本文以馬脊梁礦8127工作面為研究背景，對復雜條件下大斷面回撤通道施工工藝及支護技術進行研究。

1 工程背景

1.1 工作面四鄰關系

馬脊梁礦8127 工作面位于井田一盤區，工作面西南為盤區大巷（一盤區皮帶巷、一盤區輔運巷、一盤區回風巷），南東為8220 工作面采空區，北東為同忻礦界，東北為實煤區。8127 工作面采用綜合機械化回采工藝，截至2021 年3月，工作面已回采至2 104 m，距停采線還剩50 m（停采線設計位置為2 154 m處，采區大巷預留保安煤柱寬度為100 m）。

1.2 工作面煤層特性

8127 工作面沿煤層底板布置，開切眼長239 m。可采走向長2 254 m，回采煤層為3#層，工作面煤層結構復雜，煤層厚度4.5～8.3 m，平均厚度為5.89 m，含3～4層夾矸，厚0.88～1.40 m，純煤平均厚4.91 m，夾矸巖性多為泥巖、砂質泥巖、碳質泥巖、高嶺巖，局部有煌斑巖。煤層平均傾角為3°，屬近水平煤層。煤巖類型以暗淡型為主，煤種為長焰煤。煤層頂底板巖性如表1所示。

1.3 工作面地質構造情況

8127 工作面地質條件復雜，多以中小斷層為主，在工作面639～730 m 處已揭露1 條X2陷落柱，根據2127 巷、5127 巷掘進地質資料顯示，工作面回采期間共計揭露7 條正斷層（斷層編號F1～F7），其中位于1 200，1 140，910，760，260 m已揭露5條斷層，平均落差為1.8 m，傾角為60°；工作面位于82，67 m 處預計揭露F6、F72條斷層，其中F6斷層落差為1.4 m，傾角為52°，F7斷層落差為1.9 m，傾角為57°，全部從尾巷揭露。

2 工作面回撤通道施工方案

為了便于工作面結采期間設備安全快速回撤，在工作面100 m 里程牌處需施工1 條矩形斷面回撤通道，長度為239 m，寬度為4.0 m，高度為3.5 m，回撤通道沿3#煤層底板進行施工。

2.1 回撤通道原施工方案

2.1.1 超前預掘法

初步設計8127工作面回撤通道采用超前預掘法進行施工，工作面回采至120 m 處時提前預掘1 條回撤通道，回撤通道從運輸順槽側開口施工，巷道施工斷面為4 m×3.5 m（寬×高），巷道采用全斷面光面爆破施工工藝，回撤通道施工期間在巷道內安裝一部40T 型刮板輸送機與運輸順槽內DTL 型帶式輸送機搭接聯合出煤；巷道頂板采用錨桿（索）聯合支護，巷道煤幫采用金屬螺紋鋼錨桿支護，采空區巷幫采用玻璃鋼錨桿支護。工作面回采完成后與回撤通道貫通。

2.1.2 原施工工藝存在的問題

超前預掘法進行回撤通道施工時，對工作面回采影響小，可與工作面回采協同施工，但是在實際施工過程中存在一些不足，主要表現在以下幾方面：

（1）增加了掘進工程量。采用超前預掘法進行回撤通道施工時，增加了工作面掘進工程量達240 m，掘進成本費用增加了200余萬元。

（2）掘進難度大。超前預掘法進行回撤通道施工采用爆破施工工藝，巷道掘進效率低，而且受爆破震動影響圍巖穩定性差，巷道圍巖支護后出現蠕動變形現象。

（3）圍巖維護困難。預先掘進回撤通道的巷道形成時間長，受回采工作面采動影響大，經常出現頂板及兩幫垮落現象，巷道維護困難，易造成瓦斯積聚、風速超限等問題。

（4）煤柱損失嚴重。為保證回撤期間頂板穩定，超前預掘法進行回撤通道施工時與盤區大巷需預留100～150 m保安煤柱，造成工作面煤柱損失量大。

2.2 回撤通道施工方案優化

為了提高工作面煤柱回采率，加快工作面回撤通道施工速度，決定對8127 工作面回撤通道采取以采代掘“自成巷法”，并在回撤通道施工前進行深孔爆破切頂卸壓，降低構造應力、回采應力等集中應力對圍巖的破壞。

2.2.1 自成巷法施工工藝

（1）為了提高8127 工作面煤柱回采率，采用自成巷法進行回撤通道施工，將原100 m 保安煤柱縮小至80 m（停采線后移20 m），工作面回采至84 m 處時停止繼續回采，對工作面偽斜進行調整，清理工作面浮煤，并將工作面所有支架移架到位，保證支架前探梁距煤壁距離不大于0.3 m。

（2）工作面偽斜調整后采煤機從端頭斜切進刀，割煤深度為0.7 m，工作面每割煤50 m 停止割煤，及時對頂板施工錨桿索支護，支護完成后繼續回采，以此類推直至第一刀割煤完成。

（3）工作面第一刀割煤完成后支架不進行前移，采用推移千斤進行移刮板輸送機，當推移千斤推拉最大行程后采用單體柱配合千斤頂聯合推移刮板輸送機，直至移機到位。

2.2.2 深孔爆破切頂卸壓技術

8127工作面82 m處揭露1條正斷層，回撤通道布置在動壓區內，圍巖破碎嚴重，工作面停止移架后采空區頂板垮落過程中構造應力、回采應力等集中應力對頂板產生剪切破壞作用，造成頂板破碎、垮落現象，所以決定對回撤通道頂板采取深孔切頂卸壓技術。

（1）切頂卸壓原理。對回撤通道頂板進行爆破預裂切頂施工，切斷回撤通道局部范圍頂板應力傳遞通道，弱化集中應力對回撤通道頂板剪切破壞作用，且預裂爆破能夠很好地保護巷道頂板完整性［8］。利用恒阻大變形錨索對切頂頂板進行支護，使回撤通道頂板能夠最大限度地發揮自身承載作用［9］，從而達到控制頂板變形、離層的目的。

（2）切頂卸壓孔布置參數。工作面共計布置23個切頂卸壓爆破鉆孔（鉆孔編號Z1、Z2、Z3...），其中回風順槽、運輸順槽內各布置6個，工作面內布置11個。所有鉆孔向采空區方向布置仰角為25°，鉆孔深度在8～10 m，鉆孔終孔位置位于頂板往上9.0 m處，架后5.0 m處，鉆孔終孔位置水平距為10 m，如圖1所示。鉆孔施工完后確保所有鉆孔終孔位置位于同一水平線上，水平及垂直誤差不得超過200 mm。

（3）爆破預裂施工工藝。工作面回采至停采線時，在支架前探梁前方0.3 m 處開始布置爆破預裂鉆孔，鉆孔直徑為40 mm，順槽內鉆孔布置間距為0.5 m，工作面內鉆孔布置間距為10 m。所有鉆孔布置完成后對鉆孔內安裝1 根長度為3.0 m，直徑38 mm“D型”聚能管，并對每根聚能管內填裝4 支礦用三級乳化炸藥以及1 支毫秒延期電雷管，采用正向裝藥方式。對鉆孔未裝藥段采用水炮泥進行封孔，在孔口0.5 m 處采用膨脹水泥進行封堵，每次爆破孔數不得超過3個。

3 回撤通道支護技術

3.1 恒阻大變形錨索支護

為了防止工作面頂板爆破切頂后回撤通道施工過程中出現頂板破碎、垮落事故，決定對切頂孔附近圍巖采取恒阻大變形錨索支護。

（1）大變形恒阻錨索采用長度為8.3 m、直徑為21.8 mm 的鋼絞線，錨索抗剪切強度為560 MPa，延展率為30%，恒阻錨索配套1 根高應力讓壓器，讓壓器最大讓壓行程為0.25 m，錨索外露端安裝1 根蝶形“JW”型鋼梁，鋼梁長0.45 m，寬0.32 m。

（2）恒阻大變形錨索支護孔布置在距爆破預裂孔0.5 m處，鉆孔布置間距為3.0 m，鉆孔深度為8.0 m，鉆孔垂直頂板布置；支護孔施工完后對鉆孔內填裝錨固劑以及恒阻錨索，每隔鉆孔配套3 根錨固劑，錨固后在錨索外露端安裝讓壓器、JW 鋼梁并采用鎖具預緊，打壓預緊強度為47 MPa。

3.2 柔性纖維網支護

由于傳統金屬網剛性大、支護強度低，在大應力蠕動變形圍巖中金屬網護巖效果差，很容易出現金屬網破斷現象，所以對8127 回撤通道動壓區頂板鋪設柔性聚氨酯纖維網。

3.2.1 柔性聚氨酯纖維網技術參數

（1）8127 工作面回撤通道柔性纖維網采用寬度為50 mm 阻燃導靜電涂層的柔性纖維網帶交錯編織而成，編制后的網格為100 mm×100 mm，每卷柔性纖維網長度為60 m，寬度為20 m。柔性纖維網徑向抗拉強度為650 kN/m，橫向抗拉強度為580 kN/m；每卷金屬網配套1 根長度為80 m，直徑為12 mm 鋼絲繩，以及3個手動絞盤。

（2）與傳統金屬網相比，柔性聚氨酯纖維網具有抗酸堿、靜電以及阻燃等特性，而且抗壓強度高，能夠適用于受應力作用塑性變形圍巖中；實際鋪設時鋪設斷面大、鋪網勞動作業強度小［10］。

3.2.2 柔性纖維網鋪設工藝

（1）首先在支架前立柱上各安裝1 個手動絞盤，將絞盤鋼絲繩繩頭通過纖維網邊緣網格交替穿過，并固定在絞車盤上，通過轉動絞車盤盤繞鋼絲繩使柔性纖維升起。

（2）當柔性纖維網升起后，在距網邊0.5 m處施工1排壓網錨桿，錨桿長度為1.0 m，直徑為22 mm，錨桿布置間距為1.5 m；第一卷網鋪設后依次鋪設第二卷、第三卷、第四卷網，鋪設工藝相同，相鄰2卷網搭接寬度為1.0 m，工作面共計鋪設4卷柔性纖維網。

（3）工作面回采時柔性纖維網采用鉛絲捆綁并吊掛在支架前探梁下方，回采后放下纖維網并采用錨桿索進行壓網，當工作面回撤通道施工到位后，將剩余纖維網沿煤壁鋪設并采用單錨桿壓網，如圖2所示。

3.3 “錨桿（索）+W型鋼帶”聯合支護

（1）回撤通道共計布置4 排W 型鋼帶，2 排單錨索，第一排W 型鋼帶布置在距支架前探梁1.0 m處，相鄰2 排鋼帶布置排距為1.0 m，采用的W 型鋼帶長度為4.2 m，鋼帶上等間距布置5 個孔徑為30 mm 錨索支護孔，孔間距為1.0 m。

（2）每根W型鋼帶配套5根長度為2.5 m、直徑為22 mm 無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，錨桿抗拉強度為355 MPa，延展率小于12%。每根錨桿采用錨固劑進行端頭錨固，錨固長度為0.95 m。相鄰2 根W 型鋼帶收尾錨桿采用疊加布置。

（3）2 排單錨索布置排距為2.0 m，布置間距為3.0 m，且與恒組大變形錨索交錯布置，第一排錨索布置在第一排W 型鋼帶和第二排W 型鋼帶之間，第二排錨索布置在第三排W 型鋼帶和第四排W 型鋼帶之間；錨索長度為6.3 m，直徑為17.8 mm，錨索外露端安裝拱形高應力托盤。

3.4 支護效果分析

截至2021 年4月，8127 工作面回撤通道已施工到位且支護完成，回撤通道支護后對通道內頂板每隔40 m安裝一套YH-300型數字顯示頂板離層儀，回撤通道內共計安裝3臺，分別安裝在A40支架、A80支架以及A120支架前方頂板處，通過10 d現場觀察發現：

（1）回撤通道在支護后前5 d 范圍內由于圍巖掘進后處于動壓狀態，圍巖出現蠕動變形現象，但是變形量小、變形速率低，實測最大頂板下沉量為0.11 m。

（2）在第5～8 天范圍內頂板聯合支護對蠕動變形圍巖實現了耦合支護作用，頂板變形量減小，在第8天實測頂板最大變形量為0.15 m；8 d后頂板趨于穩定，下沉量為零。

4 結語

（1）與傳統回撤通道施工方案相比，自成巷法進行回撤通道施工時利用采煤機直接施工，減少了工作面掘進工程量及掘進成本費用，避免了回撤通道提前掘進支護強度高、支護效果差以及工作面與回撤通道貫通時很容易出現頂板垮落等技術難題。

（2）對回撤通道施工期間采取深孔爆破切頂卸壓技術后，對頂板巖體進行預裂，阻斷了應力傳遞通道，達到了卸壓目的，同時采空區頂板沿切頂線垮落，防止采空區垮落過程中造成回撤通道頂板出現失穩現象，且架后頂板實現全部垮落。

（3）通過對8127 工作面回撤通道頂板采取聯合支護技術后，控制了動壓區頂板下沉、斷裂、煤壁片幫等現象，通過現場觀察發現，8127 工作面回撤通道頂板下沉量控制在0.15 m以下，煤壁幫未出現片幫垮落現象，支架前探梁前方切頂處頂板穩定性好，未見斷裂、下沉現象。