綜采工作面末采期間回撤通道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及巖層控制研究

朱家勝

（1.中國神華神東煤炭集團 補連塔煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

綜采工作面末采期間回撤通道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及巖層控制研究

朱家勝

（1.中國神華神東煤炭集團 補連塔煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

通過理論分析和現(xiàn)場觀測，研究了補連塔煤礦采用輔巷多通道的回撤方式進行搬家倒面的礦壓特征規(guī)律，介紹了綜采工作面輔巷多通道主回撤區(qū)巖層控制的基本對策--主動支護和被動支護相結合，其中主動支護采用錨桿、錨索、網(wǎng)片等頂板加固來提高圍巖自承能力的方法。這一研究成果可給同類條件下的礦井提供參考。

綜采工作面；回撤通道；礦壓顯現(xiàn)；巖層控制

1 概述

補連塔煤礦采用輔巷多通道的回撤方式進行搬家倒面工作（此種方法在神東礦區(qū)廣泛使用），取得良好效果，工作進度快、費用低，促進礦井高產高效。補連塔煤礦12號煤頂?shù)装澹瑢儆谲浫鯉r層，受采動影響頂板極易破碎垮落、控制困難，嚴重制約著設備回撤工作，增加了搬家倒面的費用和施工的危險性[1-5]。對此，采取了頂板注漿加固和液壓支架等措施，對回撤通道頂板進行加強支護；但12403工作面設備回撤的現(xiàn)場工作表明，搬家過程中存在著影響施工進程的困難。例如：煤壁片幫嚴重、單體液壓支柱損壞較多，導致搬家倒面進展緩慢，影響著礦井的正常接續(xù)生產和高產高效礦井建設[6-7]。

針對補連塔煤礦頂板條件對設備回撤帶來的困難，開展本項目研究時，采用現(xiàn)場監(jiān)測和理論分析方法，探討工作面收尾階段頂板運動規(guī)律及主回撤通道圍巖變形特征，進行頂板結構特征和支架-圍巖關系研究。主要研究內容：回撤期間工作面頂板運動特征及巖層運動引起的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；收尾階段采煤工藝對回撤通道礦壓顯現(xiàn)的影響；設備回撤過程中工作面和主回撤通道內巖層運動、頂板結構和礦壓顯現(xiàn)特征；主回撤通道圍巖控制優(yōu)化。

2 礦壓觀測

2.1 收尾階段工作面頂板運動規(guī)律及礦壓顯現(xiàn)

12403工作面采用液壓支架，其左、右立柱上均裝壓力傳感器，數(shù)值可動態(tài)顯示在PM32上，經(jīng)網(wǎng)線將支架PM32上顯示的數(shù)據(jù)傳送到地面，用專業(yè)的支架數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件，可把采煤機割煤曲線和頂板載荷數(shù)據(jù)動態(tài)直觀地顯示在電腦屏幕上，距離200m時開始對支架壓力進行連續(xù)自動監(jiān)測，監(jiān)測工作直到與主回撤通道貫通后結束。

工作面直接頂厚度約5m，基本頂厚度約20m，周期來壓步距9.8m～14.9m，平均為12.4m；老頂周期來壓時，支架平均工作阻力約9 000 kN；頂板明顯運動前支架工作阻力平均約7 200 kN；工作面推進過程中有明顯片幫，高度方向主要集中在煤壁中上部，機頭部片幫較輕。采場直接頂類別為Ⅱ類，即不穩(wěn)定頂板；基本頂為Ⅵ級，即來壓非常強烈。

2.2 回撤通道頂板運動特征及礦壓顯現(xiàn)

主回撤通道5個聯(lián)巷垛式支架分別布置1個測區(qū)，并對5個聯(lián)巷附近支架進行活柱下縮量的監(jiān)測，還對片幫、頂板冒落、頂板淋水等宏觀礦壓顯現(xiàn)的觀測。監(jiān)測工作從工作面距主回撤通道約14m開始，至支架被撤出并封閉采空區(qū)結束。

1)主回撤通道頂板受采動影響較大，頂板縱向超前破裂和層間錯動、頂板整體下沉，正幫和副幫煤壁片幫嚴重；聯(lián)絡巷局部有煤壁片幫，輔回撤通道局部有煤壁片幫。

2)采動對回撤通道的影響分為：采動影響相對穩(wěn)定階段、采動影響突變階段、采動影響顯著階段。

工作面處于主回撤通道前方約11m時，采動對回撤通道影響不明顯。頂板下沉量約5.1mm-21.2 mm；垛式支架工作阻力一般為5 000 kN，基本處于初撐狀態(tài),巷道煤壁片幫不明顯。

工作面處于主回撤通道前11m～4m時，采動對通道影響產生增大突變。支架工作阻力增至8 000 kN～9 800 kN，頂板下沉總量達168mm～384mm。主回撤通道副幫片幫嚴重，最大達800mm，正幫片幫明顯增加，此時前方頂板和煤體的破裂處于最活躍時期。

工作面處于主回撤通道前方4m～0m時，采動對通道的影響處于最強烈階段。支架工作阻力處于最高狀態(tài)約10 000 kN，頂板下沉量總量線性升至500mm左右。此時煤壁片幫嚴重，幾乎沒有成形的煤壁，單體折損數(shù)量增加，兩幫支護處于半失效狀態(tài)，頂板和煤體的破裂運動趨于平穩(wěn)。

3)工作面貫通后，圍巖變形持續(xù)增加：支架壓力處于最大阻力，并保持恒定阻力，頂板下沉量繼續(xù)線性增到722mm左右，回撤期間頂板下沉增量為163mm～280mm；煤壁片幫繼續(xù)加?。痪植繉е轮Ъ軣o法回撤。

3 支護方案

根據(jù)礦壓實測，采用礦壓理論和數(shù)值模擬定量分析后，揭示了綜采工作面輔巷多通道主回撤區(qū)巖層控制的基本對策：主回撤通道支護基本對策是主動支護和被動支護相結合。其中，主動支護采用錨桿、錨索、網(wǎng)片等頂板加固來提高圍巖自承能力的方法，可以增加頂板整體性和剛度，是回撤區(qū)域圍巖控制的基礎，可以防止巖層的切頂和冒落。被動支護主要是主回撤通道區(qū)域內采取垛式支架等方法，即頂板采用錨桿（Φ18mm×2 100mm）+錨索（Φ17.8mm×8000mm）+W鋼帶、副幫錨桿+局部頂板加注馬麗散，或頂板錨桿+錨索+W鋼帶、副幫錨桿+錨索+W鋼帶。

主回撤通道區(qū)內頂板壓力計算模型，按照最危險工況，頂板壓力（P1）由直接頂和基本頂巖層產生，計算得到沿主回撤通道軸向方向頂板壓力為8 620 kN/m。

同時輔助以阻力為10 000 kN的垛式支架。12403工作面被動支護形式和參數(shù)為：10 000 kN垛式支架+排距750mm單體支護，支護強度9520 kN/m，大于頂板壓力8 620 kN/m，頂板破碎，空頂效果差。

建議被動支護形式和參數(shù)：采用12000 kN的垛式支架，支護強度要大于頂板壓力，取消主回撤通道內單體數(shù)量。對應的主動支護頂板采用錨索+礦用11號工字鋼+副幫錨索；或采用10 000 kN的垛式支架，主動支護采用錨索+W鋼帶+局部注馬麗散。

4 結束語

采用現(xiàn)場監(jiān)測和理論分析方法，對補連塔煤礦設備回撤礦壓規(guī)律和支護的研究，得出了該圍巖條件下補連塔煤礦12403工作面收尾階段工作面頂板運動和冒落特征，提出了該煤礦工作面收尾采取合適的回采工藝和設備回撤巖層控制技術及措施。

[1] 錢銘高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003.

[2]Shaoqing NIU，Shuangsuo YANG，Lei CUI.Research on the Characteristics of Strain-softening Model after Peak Based on Morh-Cloumb Theory Criterion[J].Advanced Materials Research，(2011)：1439-1443.

[3] 牛少卿，楊雙鎖，王志剛，寇永嘉.非均勻水平應力場中井壁結構的優(yōu)化設計研究[J].山西大同大學學報(自然科學版)，2010，26(3):60-63.

[4] 王思紅，牛少卿，寇永嘉.松軟破碎硐室群圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析[J].山西煤炭，2010，30(7):40-42.

[5] 楊雙鎖.回采巷道圍巖控制理論及錨固結構支護原理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

[6] 楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討[J].煤炭學報，2001，35(11):1842-1853.

[7] 楊雙鎖，曹建平.錨桿受力演變機理及其與合理錨固長度的相關性[J].采礦與安全工程學報，2010，27(1):1-7.

Strata Behavior and Control of Retreating Channels in Fully-mechanized W orking Face during the Last M ining Phase

ZHU Jia-sheng

(Bulianta Mine,Shenhua Shendong Coal Group,Ordos City Inner Mongolia 017209)

By theoretic analysis and field observation,the study focuses on strata behavior characteristics in the process of equipment removal with auxiliary multi-channel retreating and introduces strata controlmeasures for themain retreating area:combination of active support and passive support.The active support adopts anchors,cables,and meshes to reinforce roofs in order to increase the self-supporting capability of surrounding rocks.The study can be used in othermineswith similar conditions.

fully-mechanized working face;retreating channel;strata behavior;strata control

TD353

A

1672-5050（2011）09-0027-03

2011-04-12

朱家勝（1976—），男，內蒙古察右中旗人，碩士，從事礦山壓力與巖石力學研究。

劉新光