復(fù)采煤層小窯破壞區(qū)回撤通道支護(hù)技術(shù)研究

文/王晉正

一、引言

綜采是目前中厚煤層高效開(kāi)采的主要方式。由于復(fù)采時(shí)上覆巖層活動(dòng)空間大、礦壓顯現(xiàn)劇烈、煤體松散、頂板破碎易引發(fā)冒頂事故等因素，復(fù)采時(shí)工作面回撤通道圍巖控制問(wèn)題突出。因此，保證回撤通道的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備的快速、順利回撤是礦井安全、高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

目前工作面設(shè)備回撤主要采用預(yù)掘回撤通道和無(wú)預(yù)掘回撤通道兩種方式。由于工作面預(yù)掘回撤通道受移動(dòng)超前支撐壓力影響劇烈，煤壁片幫嚴(yán)重，斷面收縮大變形，末采貫通期間頂板不易控制，受地質(zhì)構(gòu)造影響時(shí)難以實(shí)現(xiàn)工作面與回撤通道順利對(duì)接。而無(wú)預(yù)掘回撤通道可避免移動(dòng)超前支撐壓力的影響，受覆巖活動(dòng)影響時(shí)間短，且可根據(jù)覆巖來(lái)壓情況確定回撤通道位置，靈活性高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、支護(hù)成本低、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益好，在適宜條件下實(shí)施可取得良好的效果。

霍州煤電集團(tuán)晉南公司薛虎溝煤業(yè)針對(duì)復(fù)采煤層破碎、復(fù)采煤層回撤通道頂板圍巖控制、上覆巖層移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，形成了復(fù)采煤層回采工作面從末采到形成回撤通道全過(guò)程的巷道支護(hù)技術(shù)。

二、工程背景

薛虎溝煤業(yè)2#煤層沒(méi)有進(jìn)行過(guò)壁式和大面積的正規(guī)采煤法，實(shí)際為巷采或房式開(kāi)采，回采率只有30%左右。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委16號(hào)令《特殊和稀缺煤類開(kāi)發(fā)利用管理暫行規(guī)定》中的保護(hù)性開(kāi)發(fā)的稀缺煤種，2號(hào)煤層屬于首批稀缺煤種。2#煤層全厚3.2～6.97m，平均4.03m，其上分層已基本采空，下分層厚度為2.5m左右，局部采空，煤田內(nèi)遺留有大量的殘煤。2#煤復(fù)采時(shí)頂板破碎，末采時(shí)頻繁揭露采空區(qū)及空巷。目前，工作面設(shè)備回撤主要采用無(wú)預(yù)掘回撤通道，即工作面推進(jìn)至末采線后開(kāi)掘回撤通道?；爻吠ǖ赖牟贾煤椭ёo(hù)設(shè)計(jì)無(wú)現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可循，缺乏相應(yīng)的理論指導(dǎo)和成型支護(hù)技術(shù)，具有較大的局限性。

1．末采面概況

復(fù)采煤層厚度4.6～5.55m，平均厚度4.92m，煤層傾角 1°～3°,平均煤層傾角 2°，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖和中細(xì)砂巖，厚4～6m，較為穩(wěn)定，老頂為中細(xì)砂巖，厚5～6m，穩(wěn)定性較好，底板為粉砂巖或砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚3～5m，較為穩(wěn)定，層理發(fā)育，質(zhì)較軟。工作面采用ZYG6000-16/35支撐掩護(hù)式液壓支架，共131架。工作面推進(jìn)至終采線位置時(shí)開(kāi)掘回撤通道，根據(jù)設(shè)備回撤要求，回撤通道寬度為2.4m，高度為3m。

2.圍巖結(jié)構(gòu)

復(fù)采工作面推進(jìn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)斷層、沖刷帶和陷落柱等，構(gòu)造簡(jiǎn)單。末采工作面為2#煤復(fù)采工作面，頂板破碎，末采時(shí)頻繁揭露采空區(qū)及空巷，采空區(qū)采高2m、寬20m，及空巷高2m、寬5m；且頂板破碎或已冒落。地質(zhì)條件復(fù)雜。根據(jù)揭露巖層分析，此類頂板屬于典型的再生頂板，末采過(guò)程中支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致回撤過(guò)程中三角區(qū)出現(xiàn)漏渣情況，維護(hù)困難，增加回撤支架難度，影響回撤進(jìn)度。

圖1 周期來(lái)壓驗(yàn)證及回撤通道布置圖

3．覆巖移動(dòng)規(guī)律對(duì)回撤通道的影響

由于薛虎溝煤業(yè)2-103工作面屬于復(fù)采工作面，沿底板推進(jìn)，主采下分層3m及放頂煤上分層2m殘留煤柱，覆巖活動(dòng)空間大、礦壓顯現(xiàn)劇烈。復(fù)采工作面推進(jìn)過(guò)程中，移架后直接頂會(huì)在采空區(qū)或下分層煤體上方發(fā)生離層冒落；基本頂板達(dá)到其極限跨距后，發(fā)生斷裂、回轉(zhuǎn)、觸矸，基本頂經(jīng)歷“穩(wěn)定-失穩(wěn)-再失穩(wěn)”周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)過(guò)程?；卷斪鳛椤瓣P(guān)鍵層”，其不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必然對(duì)回撤通道的礦壓顯現(xiàn)產(chǎn)生不同的影響。回撤通道應(yīng)布置在2次周期來(lái)壓期間，在基本頂“懸臂梁”結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備的順利回撤。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬驗(yàn)證周期來(lái)壓步距為25m。所以回撤通道為距離主運(yùn)輸巷83m，具體見(jiàn)圖1所示。

三、復(fù)采煤層回撤通道支護(hù)技術(shù)

通過(guò)對(duì)復(fù)采煤層破碎頂板及回撤通道上覆巖層移動(dòng)規(guī)律分析，得到了復(fù)采煤層回采工作面從末采到回撤通道全過(guò)程的巷道支護(hù)技術(shù)。

工作面末采支護(hù)采用鋪雙層菱形網(wǎng) （12#×1000mm），鋼絲繩直徑為28mm，錨索間排距（600×1500mm），視工作面頂板完好程度，確定末采長(zhǎng)度、鋼絲繩數(shù)量及錨索排數(shù)。

局部冒落區(qū)域采用一梁一柱+馬麗散膨脹劑+錨索支護(hù)，在采高不夠末采高度要求的支架段支設(shè)單柱一梁，打貼幫柱、橫設(shè)木板梁與支架頂梁鏈接；頂板超高支架不接頂區(qū)域，在支架頂梁上采用槽鋼+方木的方式保證支架接頂，為回撤支架創(chuàng)造條件。

三角區(qū)及掩護(hù)架區(qū)域在支架抽出、調(diào)向期間，采用π梁+支柱進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，對(duì)抽架期間頂破的菱形網(wǎng)進(jìn)行封口。拉掩護(hù)架前期，采用木板梁+支柱對(duì)空頂區(qū)域臨時(shí)支護(hù)，掩護(hù)架到位后回撤掩護(hù)架兩幫支柱。三角區(qū)支護(hù)技術(shù)為：?jiǎn)误w柱配合1mπ梁支護(hù)，支設(shè)情況為3×5排，支架抽出后在支架位置上及時(shí)支設(shè)2排。即最大控頂距為3×7排，最小控頂距為3×5排。

1.頂板支護(hù)

工作面全部使用 ф17.8×9300mm型錨索，間排距為3×1.2m。采用 CK2340、Z2388型樹(shù)脂錨固劑各2條進(jìn)行錨固，配合12×400×400mm鋼板及鎖具漲拉預(yù)緊至30MPa，具體見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖2末采回撤通道支護(hù)平面布置圖

圖3末采回撤通道支護(hù)剖面布置圖

2.加強(qiáng)支護(hù)

（1）遇頂板破碎段時(shí)，將碎渣放除后，由跟班隊(duì)干根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，安排施工單體錨索或錨桿進(jìn)行支護(hù)，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行布置，延伸至頂板完整段5m；煤壁片幫嚴(yán)重時(shí)，在支架前梁與煤壁之間施工超前錨索，錨索角度由跟班隊(duì)干現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工。

（2）在漏頂區(qū)域兩端施工鎖口錨索、煤壁處施工超前錨索，并向兩端各延伸5m。

（3）漏頂區(qū)域使用工字鋼、半圓木等配合板梁進(jìn)行“#”字型構(gòu)頂維護(hù)，并復(fù)升支架使構(gòu)頂板梁接頂嚴(yán)實(shí)。

（4）頂板破碎段采用槽鋼平行于工作面捆綁在菱形網(wǎng)上，到達(dá)頂梁上方時(shí)，形成懸臂梁支護(hù)及有效控制支架頂梁掛網(wǎng)。

3.煤壁支護(hù)

煤壁采取錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿采用φ20×2000mm左旋螺紋鋼錨桿，間排距為0.8×0.8m，每排布置4根，使用CK2340、Z2360錨固劑各1條進(jìn)行錨固，初錨力不低于100N·m，頂錨桿距頂板0.2m，底錨桿距底0.4m，頂、底角錨桿距頂板、底板呈15°夾角，其他錨桿垂直幫部施工；錨網(wǎng)采用10×0.8m菱形網(wǎng)。工作面末采完畢后，根據(jù)工作面實(shí)際情況，在支架前方、煤壁側(cè)加強(qiáng)支護(hù)。

四、結(jié)論

1．經(jīng)全面、系統(tǒng)地對(duì)復(fù)采煤層工作面撤架通道的施工方式、斷面尺寸、支護(hù)參數(shù)等進(jìn)行分析后，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，成功解決了復(fù)采煤層回撤通道的支護(hù)問(wèn)題，這不僅有效控制了巷道大斷面冒頂，顯著提高了巷道支護(hù)效果，保證了巷道的安全狀況，而且降低了巷道支護(hù)的時(shí)間及二次維護(hù)成本，有利于回采工作面的快速推進(jìn)。

2．復(fù)采煤層小窯破壞區(qū)回撤通道支護(hù)技術(shù)成功研究應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)復(fù)采煤層順利回撤，礦井目前順利回撤了2-101、2-102工作面，多采出8m的煤量，并節(jié)省菱形網(wǎng)、鋼絲繩等支護(hù)材料費(fèi)用共計(jì)6.5萬(wàn)元，2#煤層共計(jì)布置10個(gè)工作面，按照切巷長(zhǎng)度為200m，目前2#煤煤價(jià)按700元計(jì)算，可增加利潤(rùn)為687.4萬(wàn)元。

3．復(fù)采煤層小窯破壞區(qū)回撤通道支護(hù)技術(shù)研究成功，為復(fù)采煤層回采面的快速結(jié)束、搬家和礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效提供了技術(shù)指導(dǎo)。2#復(fù)采煤層小窯破壞區(qū)回撤通道支護(hù)技術(shù)研究的完成具有一定的代表性，不但為礦自我發(fā)展走出了一條新路，而且為集團(tuán)公司其他礦井復(fù)采煤層回采工作面末采及回撤通道施工提供了經(jīng)驗(yàn)。