綜放開采工作面回撤通道支護優(yōu)化研究

程 波

（晉能控股煤業(yè)集團翼城晟泰青洼煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 043500）

回撤通道主要用于綜放設備搬家倒面，回撤通道圍巖控制效果會直接影響綜放設備回撤安全以及回撤效率[1-3]?，F(xiàn)階段礦井常用的回撤通道支護方式包括架棚支護、錨網(wǎng)索支護、注漿加固支護等，依據(jù)現(xiàn)場情況選用合適的支護方式對提高回撤通道圍巖控制效果具有重要意義[4-7]。青洼礦2205綜放工作面回撤通道采用人工刷擴采面巷幫實現(xiàn)，為了降低回撤通道刷擴耗時，提出使用Π型鋼梁、單體支柱刷擴后的回撤通道頂板進行支護，頂板未施工錨桿（索）。在采面回撤后期，受到頂板來壓強、斷面大、頂板強度低等因素影響，回撤通道頂板Π型鋼梁出現(xiàn)較大變形，巷幫出現(xiàn)一定程度片幫問題，給綜放設備安全回撤帶來一定威脅。為此，需要對回撤通道支護進行針對性優(yōu)化，以便為綜放設備安全回撤創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

2205綜放工作面東、西分別為2208采空區(qū)、2203工作面（未掘），南側為F6、F7正斷層，北側為采區(qū)集中運輸巷。2205工作面底板標高+913～ +994.3 m，采面切眼長度為Ⅰ段56.9 m、Ⅱ段150 m（中-中），回采長度為Ⅰ段79.8 m、Ⅱ段450.05 m（切眼中-設計停采線）。采面回采的2號煤平均厚3.82 m，埋深208.16～245.26 m，煤層傾角5.69°～6.69°，平均6.33°，工作面采高2.6 m，放頂煤厚度1.22 m。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 2號煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)

采面割煤采用MG170/411-WD型雙滾筒采煤機，采煤高度2.6 m，放煤厚度1.22 m。采面內布置6架型號ZFG3200/22/32過渡支架，90架型號ZF3200/20/30綜放支架，支架控頂距在3240～3840 mm。

2 回撤通道原支護設計

為了滿足2205綜放工作面液壓支架調向、綜采設備運輸?shù)刃枰?，采面回采至停采線后需要對采面進行刷擴，從而形成回撤通道。

2.1 回撤通道支護形式以及支護參數(shù)

工作面回撤通道用單體支柱（型號DW28-300/110）、Π型鋼梁（3.0 m長）組成架棚支護頂板，棚距500 mm。Π型鋼梁一端深入液壓支架頂梁300 mm；一端采用兩排單體進行支撐，第一排單體距離巷幫200 mm，第二排單體與第一排間距為700 mm。沿著采面方向按照300 mm間距布置Π型鋼梁（3.0 m長）。具體回撤通道支護斷面如圖1。

圖1 回撤通道原支護圖

2.2 回撤通道支護體系支撐強度驗算

對采面刷擴后，對刷擴位置采用單體、Π型鋼梁、液壓支架按照“一梁三柱”形式組成架棚對頂板進行支撐。在計算支護強度時，按照傾斜方向一節(jié)Π型鋼梁長度計算，支護面積按照7.2 m2計算，共計使用20根單體進行支護（一端支撐Π型的液壓支架近似當做1根單體）。采面合理支護強度（P1）可通過下述經驗公式計算：

其中：H為單體支護高度，取值2.2 m；r為頂板巖層密度，取值2500 kg/m3；K為回撤通道支護體系支撐的覆巖厚度與采高比，取值為8；g為重力加速度，取值9.8 m/s2。

將上述參數(shù)帶入公式（1）求得P1=431.64 kPa，則每根單體支柱平均受到載荷為123.31 kN。根據(jù)上述計算結果，采用DW28-300/110單體可滿足支護需要。

但是由于回撤通道斷面大、頂板來壓強度高，綜采設備在回撤期間出現(xiàn)Π型鋼梁被壓彎問題，當Π型鋼梁變形嚴重時需要安排人員進行挑棚處理，由于采面出矸困難，挑棚后的矸石堆積在液壓支架后尾梁位置，從而降低回撤通道有效通風斷面。

因此，原有回撤通道支護方式不僅影響回撤通道效率而且存在一定安全風險。

3 回撤通道支護優(yōu)化

針對2205綜放工作面回撤通道由于斷面過大存在Π型鋼梁變形嚴重問題，提出通過縮小回撤通道斷面方式對支護進行優(yōu)化。

支護參數(shù)：采用2400 mm長Π型鋼梁、單體組成架棚對頂板進行支護，棚距500 mm，按照“一梁三柱一抬棚”形式支護（Π型鋼梁一端位于液壓支架頂梁上，因此，將液壓支架近似看為單體）。Π型鋼梁一端深入到液壓支架頂梁上方200 mm；另外一端采用2排單體進行支護，第一排單體與巷幫間距為200 mm，第二排單體與第一排單體間距為200 mm。采用此種支護方式，液壓支架底座與巷幫間凈距為3300 mm，可滿足液壓支架回撤需要。具體優(yōu)化后巷道支護設計如圖2。

圖2 回撤通道優(yōu)化后的支護圖

4 支護優(yōu)化效果分析

2205綜放工作面采用人工刷幫方式形成回撤通道斷面，對回撤通道支護優(yōu)化后，液壓支架與刷擴幫凈間距由3800 mm縮小至3300 mm，回撤通道頂板支護長度縮小500 mm，回撤通道頂板支護采用的Π型鋼梁變形量顯著降低，頂板穩(wěn)定性有所增強。

通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，頂板Π型鋼梁最大變形量控制在70 mm以內?；爻吠ǖ狼醒鬯U寬度縮小500 mm，巷幫刷擴工程量減少195 m3，降低了勞動強度。優(yōu)化后回撤通道凈寬度可滿足液壓支架調向、采煤機拆卸、運輸?shù)刃枰?/p>

5 結語

（1）2205綜放工作面回撤通道受頂板巖層強度較低、回撤通道斷面大以及未施工錨桿（錨索）對頂板支護等因素影響，回撤通道支護用的Π型鋼梁變形量最大達到520 mm，給綜放設備回撤安全帶來較大安全威脅。

（2）為了實現(xiàn)綜放設備安全回撤，對液壓支架、采煤機等綜放設備回撤空間需要進行分析，發(fā)現(xiàn)液壓支架底座與刷擴幫凈寬在3300 mm即可滿足回撤需要。為此，提出以縮小回撤通道斷面為核心的支護優(yōu)化方案。具體為：液壓支架與刷擴幫凈間距由3800 mm縮小至3300 mm，回撤通道凈寬度縮小500 mm。

（3）現(xiàn)場應用后，回撤通道巷幫刷擴量減少195 m3，頂板支護用的Π型鋼梁最大變形量控制在70 mm以內，同時回撤通道空間可滿足液壓支架回撤、采煤機拆除及運輸?shù)刃枰?/p>