綜采工作面應力區回撤通道支護技術

張睿偉

（晉能控股集團朔州煤電有限公司，山西 朔州 038300）

1 8128 工作面概況

小峪煤礦8128 工作面位于南Ⅰ盤區北部，其北為小窯破壞區，南為416、417 大巷，西為礦界與簸箕掌煤業相鄰，東為正在回采的8126 工作面。對應上部為實體巖層。工作面標高為1137～1140 m，走向長為805 m，傾斜長為150 m，可采長度為680 m，面積為120750 m2。

表1 8128 工作面回采的16 號層頂底板巖性

8128 工作面于2020 年3 月21 日回采結束并進行回撤通道施工，回撤通道采用采煤機一次性掘進施工，回撤通道與工作面平行布置，通道為矩形斷面，長度為805 m、寬度為4.0 m、高度為3.5 m。

2 回撤通道支護現狀

2.1 回撤通道原支護設計

1）小山谷煤礦8128 工作面初步設計中，回撤通道支護方式主要采用單錨桿、單錨索支護，頂板采用的錨桿長度為2.0 m、直徑為22 mm，共計施工3 排錨桿，錨桿排距及間距均為1.0 m，頂板采用長度為6.0 m、寬度為2.0 m 菱形網護頂。

2）頂板共計施工2 排單錨索，錨索布置排距為2.0 m，錨索布置間距為3.0 m，錨索長度為4.3 m、直徑為17.8 mm，錨索外露端安裝拱形托盤[1-2]。

3）回撤通道幫部采用單錨桿支護，共計布置2 排，錨桿長度為1.8 m、直徑為20 mm，排距為2.0 m、間距為1.0 m。

2.2 回撤通道施工工序

回撤通道采用采煤機通道割煤形成，工作面回采至725 m 處時工作面內所有液壓支架停止前移，采用采煤機進行割煤形成回撤通道，采煤機割煤深度為0.7 m，第一道割煤完成后從機頭向機尾方向依次施工頂板支護，第一排支護距前探梁間距為0.5 m，第一排支護施工后繼續割煤并對頂板施工錨桿（索）支護，割煤后采用單體柱與液壓支架推移千斤頂配合聯合推移刮板輸送機，依次類推直至回撤通道施工到位。

2.3 支護現狀

回撤通道第一排支護施工完后，當采煤機回采至工作面中部時，在工作面45 號—87 號支架前方頂板及煤壁破碎嚴重，頂板局部出現冒漏，導致第一排部分錨桿托盤不接頂現象，在施工第二排支護受應力影響，頂板出現斷裂、破碎現象，頂板下沉嚴重，且多處形成“網包”，頂板最大下沉量為0.47 m，錨桿（索）支護時支護難度大、效率低、失效支護數量多，同時需對第一排錨桿進行二次補打，造成支護成本費用高。

2.4 支護失效原因分析

1）8128 工作面回采的16 號煤層內部結構復雜，在煤體內存在多層分叉夾矸，破壞了煤體連續穩定結構，回撤通道在施工時受擾動影響，煤體與夾矸之間產生離層，造成煤壁出現剝離片幫現象。

2）8128 工作面回撤通道直接頂為砂質泥巖，巖體為褐灰色，巖體成脆性，回撤通道在施工過程中由于支架停止前移支護，回撤通道頂板出現失穩下沉，支架頂梁對下沉區頂板產生切頂作用，造成頂板破碎[3-4]。

3）8128 工作面回撤通道與盤區巷道預留保安煤柱寬度為80 m，根據工作面頭尾順槽掘進資料以及工作面地質資料顯示，回撤通道布置區域內共計揭露11 條正斷層，斷層平均落差為0.9 m、傾角為52°，形成斷層群，回撤通道內形成應力卸壓空間，構造應力在卸壓過程中對錨桿（索）產生應力疲勞破壞，導致支護體變形、破斷等。

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3 回撤通道聯合支護技術

3.1 鋼帶錨桿支護

1）由于原回撤通道頂板采用單錨桿支護設計，在頂板來壓時，錨桿間聯控效果差，且錨桿托盤承載截面小、強度低，所以決定對回撤通道頂板采用鋼帶錨桿支護。

2）回撤通道共計施工4 排鋼帶錨桿，錨桿長度為2.5 m、直徑為22 mm，鋼帶采用W型鋼帶，長度為5.0 m，鋼帶布置時與支架頂梁平行，同一排相鄰2 根鋼帶收尾錨桿采用重合布置。

3）第一排鋼帶錨桿布置在距支架前探梁1.0 m處，前后2 排鋼帶間距為1.0 m，第4 排鋼帶緊貼回撤通道煤柱布置。

3.2 讓壓錨棚支護

1）為了防止回撤通道施工后在支架切頂破壞作用下出現支架前探梁處頂板出現斷裂，決定對回撤通道施工一排讓壓錨棚支護；讓壓錨棚支護施工在距前探梁0.5 m 處。

2）讓壓錨棚支護主要由恒阻大變形錨索、讓壓器、JW 型鋼梁等部分組成，如圖1 所示；恒阻大變形錨索長度為8.3 m、直徑為21.8 mm；讓壓器主要安裝在JW 型鋼梁與頂板之間，讓壓器主要由柱形讓壓管、錐形讓壓塞等部分組成了JW 新鋼梁由高錳鋼通過JW 型模具一次性澆筑而成，鋼梁厚度為5 mm、長度為3.5 m，重梁為54 kg/m，承載強度為675 MPa。

圖1 8128 工作面回撤通道聯合支護示意圖（單位：mm）

3）JW 型鋼梁平行支架前探梁布置，每根鋼梁安裝2 根恒阻大變形錨索，錨索間距為1.75 m，錨索施工在2 架支架之間，從而確保后期拉架時不會對錨索端頭產生破壞作用。

3.3 鋪設柔性纖維網

1）傳統頂板采用8 號鉛絲編制的菱形金屬網，通過對金屬網進行抗拉試驗發現，金屬網橫向最大抗拉強度為108 MPa，縱向最大抗拉強度為155 MPa，金屬抗拉強度低，在頂板變形、下沉時很容易造成金屬網破斷，所以決定對8128 工作面回撤通道頂板鋪設柔性纖維網[5]。

2）鋪設柔性纖維網每卷長度為60 m、寬度為10 m，纖維網采用寬度為50 mm 纖維帶編制而成，纖維網縱向最大抗拉強度為455 MPa，橫向最大抗拉強度為570 MPa；纖維網安裝配套設備主要包括鋼絲繩、絞盤等，鋼絲繩直徑為14 mm，每根長度為80 m，共計3根，絞盤若干個。

3）纖維網安裝工序如下：首先將柔性纖維網外邊穿拉1 根鋼絲繩，將鋼絲繩一端采用錨桿進行固定，另一端安裝在絞盤上；手動轉動攪拌使鋼絲繩預緊，從而帶動纖維網升起與頂板接觸嚴實。

3.4 單體柱支護

1）為了防止在動壓作用下煤柱與頂板之間肩角煤柱垮落，決定對回撤通道頂板支設1 排單體柱支護，單體柱采用“一梁三柱”支護方式，單體柱型號為DW35-180/100×71，支護高度為1.96～3.50 m，工作阻力為1540 kN，額定工作壓力為24.9 MPa。

2）單體柱支設時進行穿靴處理，防止底板松動倒柱現象，單體柱距煤柱間距為0.5 m，每組3 根單體柱，采用頂梁為“π”型梁，長度為1.5 m，單體柱支設間距為0.4 m，每組單體柱支設間距為1.0 m。

4 應用效果分析

8128 工作面回撤通道于2020 年4 月17 日全部支護完成，5 月22 日開始搬家回撤，在此期間對回撤通道頂板每隔50 m 安裝1 臺頂板離層儀，通過30 d現場觀察發現：

1）回撤通道采取聯合支護后頂板未發生大面積破碎、冒漏現象，在支架45～57 號前方揭露1 條落差為1.4 m 斷層，該斷層對回撤通道圍巖支護影響較大，在48 號支架前方頂板出現局部下沉現象，最大下沉量為0.19 m，未出現頂板破裂現象，對工作面后期搬家回撤影響不大。

2）通過現場對煤壁及支架前方頂板變形情況觀察發現，對頂板施工讓壓錨索棚支護實現了錨棚與圍巖變形同步支護作用，控制了支架頂梁對頂板產生切頂破壞作用；同時對煤柱與頂板之間支設單體柱以及鋪設柔性纖維網后有效控制了肩角煤柱垮落現象。