L 型工作面“推透法”末采技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

韓 偉 趙 奇

（1.山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 霍州 031400；2.中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)，北京 100013）

1 工程概況

薛虎溝煤礦是重組整合礦井，2-106 工作面呈L形布置[1-4]。2-106A 沿2#煤層走向布置，走向長(zhǎng)度790 m，工作面長(zhǎng)度200 m；2-106B 沿2#煤層傾向布置，傾向長(zhǎng)度470 m，工作面長(zhǎng)度230 m。2-106A面接替2-106B 面回采。工作面布置如圖1。

對(duì)于2-106B 面末采方式，有3 種方案可選，分別是：留設(shè)小煤柱方案、無(wú)煤柱“推透法”方案和轉(zhuǎn)角推進(jìn)方案。雖然無(wú)煤柱“推透法”方案技術(shù)難度大，但是采用此種方案煤炭回收率最高，2-106B面末采采用無(wú)煤柱“推透法”方案。

2 工作面開(kāi)采技術(shù)條件

（1）地質(zhì)條件

2-106 工作面為復(fù)采殘采，2#煤上部煤層已被小窯回采破壞，受其影響可采煤層采高取3.4 m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及實(shí)際揭露，工作面地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作面四周均不受采動(dòng)影響。煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

圖1 工作面布置圖

（2）圍巖強(qiáng)度、應(yīng)力條件

圍巖力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2，地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

表2 圍巖力學(xué)參數(shù)

表3 地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果

（3）1062A 巷受動(dòng)壓影響段巷道狀況

受采動(dòng)影響段為梯形斷面，12#工字鋼棚支護(hù)。巷道規(guī)格上寬×下寬×高=3440 mm×4600 mm×3420 mm；棚梁長(zhǎng)3340 mm，棚腿長(zhǎng)3450 mm，棚距600 mm。

通過(guò)考察和統(tǒng)計(jì)分析證實(shí)，44.4%的巷段頂板成型較好，可以施工錨索，其余56%巷段剎頂較厚，不便于施工錨索。

（4）采動(dòng)影響范圍及影響程度

礦壓監(jiān)測(cè)表明，工作面采動(dòng)影響范圍在70 m左右，嚴(yán)重影響范圍為30～35 m。支承壓力峰值在工作面前8～10 m 處，應(yīng)力集中系數(shù)2.3。

3 “推透法”末采方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則和技術(shù)策略

設(shè)計(jì)原則和技術(shù)策略：106B 工作面末采時(shí)，降低回采速度，避免強(qiáng)沖擊動(dòng)載荷的影響；對(duì)于106A2 巷補(bǔ)強(qiáng)加固，以控頂為主；1062A 巷設(shè)計(jì)加固強(qiáng)度分別以靜載和動(dòng)載條件通過(guò)強(qiáng)度校核進(jìn)行確定；方案設(shè)計(jì)是要充分考慮加固方案的可操作性，便于加固施工；確保末采階段1062A 巷加固支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；確保安全的前提下，實(shí)現(xiàn)回撤與回采同步運(yùn)行。

3.2 2-1062A 巷加固方案設(shè)計(jì)

基于1062A 巷頂板條件和巷道支護(hù)狀況，根據(jù)設(shè)計(jì)原則，加固方案分兩種情況：頂板非冒頂段，錨索+鋼梁托棚方案；頂板冒頂段，單體+π 梁托棚方案。

3.2.1 錨索+鋼梁托棚方案

（1）支護(hù)材料

錨索：采用SKP22-1/1720-7000 mm 股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，高強(qiáng)度鎖具和托盤(pán)，托盤(pán)規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm；錨桿：幫部使用規(guī)格Ф20 mm×2000 mm 玻璃鋼錨桿；鋼梁：12#工字鋼，長(zhǎng)度1.9 m，兩側(cè)距離梁端頭150 mm 鉆Ф30 mm圓孔。

（2）支護(hù)形式及參數(shù)

巷道頂板：一梁兩索沿巷道軸線方向打設(shè)3 排托梁棚，托梁棚間距1.6 m，托梁棚呈三花布置；巷道兩幫：玻璃鋼錨桿，錨桿間排距0.8 m×0.8 m。巷道支護(hù)布置如圖2。

（3）支護(hù)強(qiáng)度校核

1062A 巷在靜壓狀態(tài)下頂板載荷計(jì)算：

式中：γ頂為頂板巖石平均容重，取2500 kg/m3；Rp為塑性區(qū)半徑，m；Q頂為靜壓情況下頂板載荷，kN/m2；Z為巷道埋藏深度，取210 m；R0為矩形巷道外接圓半徑，取2.6 m；φ為摩擦角，取45°；C為粘結(jié)系數(shù)，取4；H為巷道高度，取3.4 m；a為巷道寬度，取4.6 m。

方案中平均每平米布置1 根錨索，Ф22 錨索屈服負(fù)荷按484 kN 計(jì)算：Q索梁棚=1×484=484 kN/m2＞Q頂動(dòng)，經(jīng)校核，支護(hù)強(qiáng)度滿足要求。

圖2 錨索+鋼梁托棚支護(hù)圖

3.2.2 單體+π 梁托棚方案

（1）支護(hù)材料

單體支柱：DW38-200/110 型單體液壓支柱；π型梁：梁長(zhǎng)度1800 mm。

（2）支護(hù)形式及參數(shù)

支護(hù)形式為一梁三柱式，每架托棚托三架工字鋼棚，按巷道軸線方向布置三排，中間排交錯(cuò)布置，支護(hù)布置如圖3。

圖3 單體+π 梁托棚支護(hù)

（3）支護(hù)強(qiáng)度校核

在動(dòng)載條件下，頂板載荷為：

Q頂動(dòng)=3×Q頂=3×4.275=12.83 kN/m2

單體+π 型梁棚每平米單體支護(hù)數(shù)量1.75 根，支護(hù)強(qiáng)度為：Q單體π梁棚=1.75×200=350 kN/m2＞Q頂動(dòng)，經(jīng)校核，支護(hù)強(qiáng)度滿足要求。

3.3 采、撤協(xié)同運(yùn)行方案

106B 面末采回撤與106A 面回采協(xié)同運(yùn)行方案如圖4、圖5。

圖4 工作面推透相對(duì)位置

圖5 支架回撤后相對(duì)位置

4 結(jié)論

（1）L 型工作面末采采用“推透法”的關(guān)鍵技術(shù)是受動(dòng)壓影響段巷道加固和回采、回撤協(xié)同運(yùn)行技術(shù)。受動(dòng)壓影響段巷道加固方案不但要考慮巷道圍巖條件、支護(hù)狀況選取加固方式，更要基于最大動(dòng)壓影響程度對(duì)加固強(qiáng)度進(jìn)行校核，保證巷道在雙重動(dòng)壓影響下不失穩(wěn)?；亍⒊穮f(xié)同運(yùn)行重點(diǎn)考慮回撤支架回轉(zhuǎn)空間和工作面合理的推進(jìn)速度。

（2）2-106L 型工作面開(kāi)采實(shí)踐證明，對(duì)于L型工作面末采采用“推透法”，采用合理的巷道加固補(bǔ)強(qiáng)和采、撤協(xié)同運(yùn)行方案，不但能最大程度提高煤炭回收率，還可提高工作面整體推進(jìn)速度，確保安全高效生產(chǎn)。