回采工作面回撤通道破碎頂板控制技術研究

張書晨

（山西煤炭運銷集團首陽煤業有限公司，山西 高平 048400）

在綜采設備的搬家倒面中，最關鍵通道就是回撤通道，保證回撤通道的巖層更加穩定，確保采面生產的安全性。回撤通道圍巖的控制效果與綜采設備的回撤技術等會對回撤效率有很大影響。將山西煤炭運銷集團首陽煤礦15104 綜采工作面當作一采區最后一個回采工作面，主要回采的煤層是15號煤層，采面回采時，煤壁由于本煤層強度較低與堅固性不高等原因所產生的影響而導致片幫出現。尤其是采面回采后期，會有孤島煤柱形成于回撤巷道和采面之間，由于采動應力對煤柱的不斷作用，煤柱發生裂隙發育，這就造成覆著到頂板上的巖層有冒落事故發生，不易管理頂板[1]。為了使采面的頂板更加穩定，使采面回撤更加安全，提出了把馬麗散注進煤壁、將組合錨索使用到回撤巷道的頂板中來控制巖層，控制的巖層效果有所提高。

1 簡述工程狀況

15104 綜采工作面所回采的煤層是15 號煤層，該煤層的結構較簡單，大概厚度是4.4～4.8m，含有1～3 層矸石。該工作面的斜長是194m，走向長是900m，15 號煤層裂隙發育，平均硬度是1.2。該煤層頂部覆有砂質泥巖偽頂，厚度是0.3m，砂質泥巖偽頂會隨著回采而垮塌[2]；直接頂、直接底分別是泥巖、粉砂巖，且泥巖與粉砂巖的厚度分別是5.6m、3.9m。

在15104綜采工作面一直回采到875m處就是采面距離回撤通道25m時，煤壁就會有片幫出現、詳細位置頂板會有冒落出現。將采面片幫與頂板冒落進行劃分，可分為：①冒落剛出現在頂板，在78～96 號之間的液壓支架的頂部巖層、前探梁上有垮落出現，此時的頂板冒落有1.8m；②擴大頂板冒落，在38～52號支架的液壓支架中會有破碎發生在頂板中，但發生的范圍不大，只有個別部分，冒頂比較嚴重的是69～105號液壓支架中。所以，在將馬麗散注入煤壁的同時，還要將組合錨索布置到回撤通道，進而來控制巖層、頂板的穩定性。

2 分析回撤通道的頂板控制技術

2.1 注漿加固巷道圍巖

采面在回采過程中，會選取馬麗散來加固破碎的頂板。圍巖注漿加固的環節包括：①對注漿鉆孔進行施工；②對注漿泵進行固定；③將漿注入鉆孔中；④注漿停止；⑤開始下；⑥再次注漿。

2.1.1 選用合適的注漿材料

15104綜采工作面回撤通道地質概況復雜，頂板易發生冒落，圍巖易出現破碎。為使巷道的頂板及圍巖更穩定，決定采用注漿加固技術來強化巷道的頂板及圍巖，選用的注漿材料為URT-101 材料。該種注漿材料主要組成成分為A化學試劑與B化學試劑，通過把這兩種試劑按一定比例進行混合，再注入到煤巖體內可讓煤、巖體更好的黏結，通過往破碎煤巖體中注漿可讓煤巖體裂隙內產生骨架網絡，讓破碎的煤巖體實現整體化，改善煤巖體的內部物理力學性質，讓煤巖體整體性更強，能承載更大的壓力，這樣回撤通道便可有效抵御采面動壓載荷，更好地保障巷道安全生產。

2.1.2 注漿工藝

在給15104綜采工作面回撤通道進行注漿作業時，大致可按先施工注漿鉆孔，然后再插入注漿管，最后進行封孔注漿的方式進行。圖1為具體注漿工藝圖，可采用雙液注漿泵進行注漿，采用帶花眼的鍍鋅鋼管作為注漿管，采用專用封孔器來封孔。

圖1 注漿工藝示意圖

2.1.3 注漿方案

基于15104綜采工作面回撤通道圍巖強度，厚度大小，傾角情況以及結構情況，決定對15104 綜采工作面回撤通道開展全范圍注漿，進行注漿作業時，應注意力集中，重點對圍巖變化情況進行觀察，加固注漿施工地的圍巖，以保障能安全順利地進行注漿作業。

當進行采面回采時，循環注漿的次數一共是3 次，首次循環注漿的開始位置是采面距離回撤通道的煤壁25m 處，所有注漿孔深度、鉆孔傾角分別是6.0m、30°～45°，所設計的注漿量一般控制為1.0t；第二次循環注漿的開始位置是采面距離回撤通道煤壁10.7m處，所有注漿孔深度、鉆孔傾角分別是6.0m、30°～45°，將注漿壓力直接控制到6.0MPa，所設計的注漿量一般是10.0t；最后一次循注漿的開始位置是采面距離停采線5.6m 處，所有注漿參數和第二循環注漿相同[4]。

2.2 強化支護回撤通道

為了將回撤通道破碎頂板圍巖控制的困難程度解決、保證回撤通道的頂板巖性更加穩定，按照回撤通道和采面之間的距離不同，將回撤通道頂板支護劃分成下面3個階段。

（1）當采面進行掛網，并掛網距離是13 網，當工作面大于60 號支架范圍時，將規格是?22mm×8300mm的長錨、規格是?22mm× 4500mm 的短錨依據“一一”的方式來布置，且相鄰長、短錨的排距是1600mm×800mm；當工作面低于60 號支架范圍時，將規格是?20mm×2800mm 的錨桿、規格是?22mm×8300mm 的錨索依據“一一”的方式來布置，錨索與錨桿之間的排距是1600mm。將金屬網鋪設到支架頂梁頂部頂板中，并且相鄰金屬網片的短邊與長邊的搭距離是200～300mm、100～150mm。圖2就是詳細的布置圖。

圖2 回撤通道支護示意圖

（2）當采面掛網至14～20 網時，會用長、短錨索來加固采面全段，將規格是?22mm×8300mm 的長錨、規格是?22mm×4500mm 的短錨依據“一一”的方式來布置，且相鄰長、短錨的排距、間距分別是800mm、1600mm；當是支護段時，會使用鋼帶取代托梁來支護頂板，且鋼帶厚度是4mm，錨索的施工都在鋼帶上進行，最主要的是組合錨桿要施工到16～17 網之間，且16～17 網之間的組合錨桿的施工是順著回撤通道來進行的。組合錨索與組合錨索級之間的距離是8.0m，所施工的組合錨索一共有23 組，在各組組合錨索都是由錨桿、4 根錨索、1 根鋼板等組成，而且錨索的規格是?22mm×8300mm，鋼板的規格是600mm×600mm、厚度是12mm，外側組合錨索的斜角都是60°。

（3）將錨索梁布置到采面出口處，錨索梁布置數量一共是8 組，3 根錨索組成了1 組錨索梁，錨索規格是?22mm×8300mm，3 根錨索的位置是中間的1 根錨索與頂板垂直、剩余2 根錨索都是外插75°。使用K2335、Z2360各1支來錨固錨桿，使用K2360、Z2360來錨固錨索，對應數量是1支、2支。錨索、錨桿上的預緊力對應為180kN、125kN以上[6]。

3 分控制效果

當采面使用第一輪馬麗散壓注之后，就能夠改善破碎頂板冒落這一問題；在經過之后的2輪壓注馬麗散之后，就能夠有效解決破碎頂板冒落這一問題[7]。破碎頂板回撤通道控制可以通過注漿得到解決。

當將分段支護使用到工作面時，可以將工人的勞動強度與支護材料的用量降低，還可以將破碎頂板的巖層控制效果提高。同時，從掛第1網到掛第7網就可有效控制了破碎頂板，有利于安全回撤綜采設備[8]。

經過選取組合錨索來控制頂板的巖性，這樣就會將頂板巖層的穩定性提高，當綜采設備進行回撤過程中，頂板冒頂、垮落的事故并沒有出現，頂板巖層的控制效率得到了大幅度的提升。

4 結束語

在回采工作面進行末期回采時，就會有孤島煤柱形成于回撤通道和采面之間，由于采動應力對煤柱的不斷作用，煤柱發生裂隙發育，這就造成覆著到頂板上的巖層有冒落事故發生，不易管理頂板[1]。為了保證回采通道安全使用，提出破碎頂板注入馬麗散來加固巖層，并與組合錨索來使頂板更加穩定。在實際使用之后，有效控制了回撤通道圍巖的變形，提高了頂板巖層的控制效果。