大傾角綜采回撤通道頂板控制與回撤技術研究

張志智 趙志志 黎勁東

（寧夏煤業集團清水營煤礦，寧夏 銀川 750411）

清水營煤礦煤層頂底板巖性以粉砂巖、泥巖、粗砂巖為主，局部成巖度較差、層理較發育，圍巖易風化、遇水膨脹，屬于典型的“三軟”巖層。根據以往回撤通道管理經驗，支護強度不夠時，容易出現頂板下沉、片幫等現象， 設備回撤安全風險大。通過地質資料分析、現場鉆孔窺視，提出“全斷面高強預應力錨索基本支護+單體液壓支護配合π型鋼梁”全新支護方式，并設計了模塊鋼板代替傳統軌道。實踐證明，該方案有效地控制了頂板，提高了運輸效率，實現了復雜條件下快速回撤設備。

1 概況

110206 工作面所在煤層為二煤，埋深346～548 m，平均447 m，走向長度2400 m，回撤通道長192 m，傾角25°，煤層厚度3.5～4.1 m，平均3.8 m。煤層頂底板圍巖節理、裂隙發育，巖層中富含水，煤層頂板為侏羅系中統直羅組砂巖的含水層，圍巖易軟化、強度低、堅固性差，為不穩定性圍巖，屬易冒落的三類頂板。圍巖物理力學參數特性見表1。直接頂為灰白色或淺灰色粉砂巖，夾煤線，易松散，具波狀水平層理，泥質膠結，厚度為1.35～4.28 m；基本頂為以石英、長石為主的灰白色粗砂巖，厚度為12.04～52.45 m；直接底為以石英、長石為主的淺灰色粉砂巖，厚度為1.53～5.74 m，較堅硬致密；基本底為厚度2.73～8.71 m的灰色細粒砂巖，含云母片，巖石致密。

表1 圍巖物理力學參數特性

2 回撤通道及風機巷頂板控制技術研究

2.1 錨注一體、環形承載技術研究

向圍巖內注漿能夠封堵滲水，進而降低地下水對圍巖的軟化，避免圍巖軟化造成強度降低。漿液在泵壓的作用下，可滲透、充填、閉合圍巖裂隙，降低圍巖體的孔隙率。MZM-70 型注漿材料黏結力較大，將破碎巖體膠結形成完整體，可大大提高破碎圍巖強度[1-2]。對風機巷超前范圍在頂幫二次全錨索支護，頂板施工Ф21.8 mm×7300 mm 錨索梁、幫部施工Ф21.8 mm×5300 mm 錨索梁加強支護，錨索梁均用11 號礦用工字鋼加工制作?；仫L巷受采動和上區段采空區壓力影響幫鼓、底鼓嚴重，采用人工配合懸臂式掘進機方式擴幫起底，對兩幫采用錨索網噴+注漿錨索支護。

反底拱施工工藝流程：起底→施工注漿管、注漿→錨桿錨索支護、灌漿→施工墊層→鋪鋼筋網、安裝圓鋼鋼帶和W 鋼帶→預緊錨桿錨索→澆筑至設計厚度。

對機巷超前70 m 施工反底拱地坪，中間矢高500 mm、兩側300 mm 強度等級為C30 混凝土，便于機巷設備快速回收。反底拱支護斷面、展開圖如圖1。

圖1 反底拱支護斷面、展開圖（mm）

2.2 高強柔性網強化頂板支護

在回撤過程中應用了柔性纖維網護頂工藝。柔性網是樹脂纖維聚合材料，其特點是網片面積大、柔韌輕盈、抗拉力強、易于操作。柔性網與常規鋪設金屬網相比，具備一次掛網不聯接、整體施工質量高、效果好的優點，節約聯網成本，可提高收尾作業工效[3-5]。另外該材質有防銹蝕功能，防止淋水造成抗拉力下降。柔性網對頂板管理起到了有效支護作用[6-7]。

2.3 大斷面巷道、復合支護技術

在主副絞車硐室交岔點用全錨索+錨注，硐室用29U 鋼支架+錨索桁架復合支護方式，保證了大跨度頂板安全。對上口噴漿封閉防止風化，通過注漿錨索注MZM-70 型無機料加固頂板。硐室一次錨網噴+錨索桁架支護，二次架設29U 鋼支架加強支護，在交岔點頂板安裝2 臺頂板離層儀實時監測頂板變化。

2.4 長短錨索、梯度支護技術

工作面距停采線10 m 時在頂板施工孔徑56 mm、深度8.5 m 的鉆孔窺視孔，截取圖片進行圍巖分析。0.5～4.5 m 范圍內裂隙發育較多，4.5 m 以上頂板較完整。

在通道頂幫用全錨索支護，頂部布置7 排錨索，采用“短錨索+長錨索+W 鋼帶”方式。短錨索為Ф21.8 mm×3300 mm、長錨索為Ф21.8 mm×7300 mm 鋼絞線；幫部用4 排Ф21.8 mm×5300 mm 錨索支護，排距為900 mm×900 mm，預緊力240 kN，錨固力260 kN?；爻吠ǖ乐ёo斷面圖如圖2。通過高預緊力將錨索用W 鋼帶串聯在一起，在巷道頂板淺部圍巖中形成預應力加固帶，高預應力向頂板深部傳遞，防止淺部圍巖受開挖或采動影響而造成拉剪破壞；同時，長錨索錨固端進入頂板深部相對穩定的圍巖中，從而形成了預應力承載層。通過長錨索將淺部和深部雙承載層串聯，使得雙承載層之間的圍巖處于近似三向受力狀態，有效防止頂部下沉與離層發生，確保支護質量[8-9]。

圖2 回撤通道支護斷面圖（mm）

3 設備快速回撤技術

3.1 回撤通道運輸方式技術

二煤底板為粉砂巖，泥質膠結，易泥化，回撤通道安裝模塊鋼板，模塊鋼板設計平、剖面圖如圖3，取消通道內調向絞車，優化了回撤工藝?；仫L巷安裝兩臺DLZ210F 型柴油單軌吊機車運輸設備，提高運輸效率。

圖3 模塊鋼板設計平、剖面圖（mm）

3.2 扇形帶維護技術研究

工作面扇形帶使用4 臺掩護支架管理頂板，靠老塘側施工一排連鎖木垛和一排“一梁三柱”，增加通道頂板的支護面積和強度，簡化了支護工藝，加快了回撤進度，減少了工人勞動強度[10]。掩護支架布置圖如圖4。

圖4 掩護支架布置圖

3.3 回撤期間防滅火技術

嚴格落實綜合防滅火措施，以注氮為主，輔以充填珍珠巖，施工沙袋墻，噴涂凝膠、阻燃劑，灌注粉煤灰等措施，結合束管監測和人工采樣分析氣體變化，有效控制自然發火。在上下隅角構筑沙袋隔離墻，用注漿泵向上隅角注水玻璃和水泥，快速隔絕氧氣進入采空區，防止自燃氧化。綜合防滅火應根據散熱帶、氧化自燃帶和窒息帶寬度，確定注氮氣的間距、時間和注入量，使氮氣一直覆蓋氧化自燃帶，有效遏制采空區自然發火。所以按照采空區氧化帶范圍，在距工作面下口60 m、90 m、120 m 處分別布置支管，在工作回撤期間向采空區連續性注氮[11-12]。110206 工作面停采后，采空區注氮量由500 m3/h 逐步增加到1200 m3/h，累計注氮氣135 萬m3。

4 結論

110206 綜采工作面回撤通道采用“全錨索+W鋼帶+液壓單體支柱+π 型鋼”支護方式加強了頂幫管理，確保回撤期間的頂幫安全。用模塊鋼板代替傳統的軌道運輸方式，簡化了軌道鋪設工藝，降低了勞動強度，加快了模塊鋼板安裝回撤及工作面設備回撤速度。模塊鋼板面積大、強度高，提高了模塊鋼板對回撤通道底板的適應性。回收刮板機和采煤機9 d，鋪設模塊鋼板3 d，回收支架17 d，主要設備回撤29 d，比同類條件下設備回撤提前16 d，僅節省人工成本70 余萬元，經濟效益顯著。