厚煤層綜放工作面回撤通道支護實踐

樊劍波

(陜西麟北煤業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721505)

0 引言

綜采工作面設(shè)備回撤是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，安全、有效的回撤通道支護技術(shù)是保證設(shè)備順利回撤的關(guān)鍵[13]。綜采工作面回撤通道受采動超前應(yīng)力影響，易發(fā)生圍巖變形而造成壓架、冒頂事故，嚴(yán)重影響工作面的搬家回撤效率[48]。復(fù)雜地質(zhì)條件下的回撤通道支護技術(shù)需合理確定回撤通道位置、結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)，以保證圍巖穩(wěn)定，同時滿足支護強度和安全回撤的需要。同時，采用采煤機擴掘回撤通道，擴掘速度快，工藝簡單，簡化了人工打眼放炮的環(huán)節(jié)，安全效益顯著[914]。為此，以園子溝煤礦首采綜放工作面回撤通道為工程背景，采用現(xiàn)場實勘、理論聯(lián)系實踐、地質(zhì)災(zāi)害分析評價相結(jié)合的綜合研究方法，以回撤通道位置選取、通道結(jié)構(gòu)尺寸、支護參數(shù)及周期來壓等地質(zhì)災(zāi)害影響為重點，研究了回撤通道圍巖變形破壞機理和應(yīng)力分布規(guī)律，提出了回撤通道設(shè)計支護方案，并進行了現(xiàn)場實踐。

1 工程背景

1.1 工程概況

1012001工作面為永隴礦區(qū)園子溝煤礦首采綜放工作面，工作面傾向長度200 m，東西走向長度2 618 m，可采長度1 877 m。煤層平均厚度10.37 m，回采高度3.5 m，放煤高度6.8 m，煤層傾角1°～10°，沿工作面東西走向總體呈“W”型波浪起伏狀。工作面開采2號煤層，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較為簡單。煤層自燃發(fā)火期39 d，煤塵具有爆炸性，回采期間具有中等沖擊危險性，具體頂?shù)装逄卣饕姳?。

表1 1012001工作面煤層頂?shù)装迩闆r

1.2 地質(zhì)特征分析

1012001工作面2號煤層埋藏深度712～827 m，具有深部高應(yīng)力煤巖體的受力環(huán)境。煤層老頂為細粒砂巖，深灰色，細粒砂狀結(jié)構(gòu)，屬于半堅硬易冒落型；直接頂砂質(zhì)泥巖，灰褐色，斷面平滑，易風(fēng)化成薄片狀，含植物化石；偽頂泥巖、碳質(zhì)泥巖、泥巖膠結(jié)結(jié)構(gòu)，含碳量高，薄層狀，煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含1～2層夾矸，賦存較為穩(wěn)定，含矸厚度0.1～0.6 m，巖性均為泥巖或粉砂巖為主；煤層底板為鋁土質(zhì)泥巖，遇水易膨脹、底鼓；直接底碳質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖，深灰色，薄層狀及鱗片狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，遇水易變軟膨脹，屬于典型的三軟地層。2號煤層采高3.5 m，放頂煤高度6.8 m，采放比1∶2，回采作業(yè)引起應(yīng)力運動劇烈，根據(jù)工作面回采期間礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場觀測綜合分析，工作面老頂周期來壓步距為15.2 m，直接頂周期來壓步距為6.8 m?；夭蛇^程中直接充水含水層為侏羅系延安組、直羅組砂巖裂隙含水層，其富水性弱，裂隙發(fā)育，預(yù)計1012001工作面正常涌水量175 m3/h，最大涌水量230 m3/h。2號煤層回采期間具有中等沖擊地壓危險，回采期間工作面采用φ42 mm鉆孔進行鉆屑法監(jiān)測預(yù)警，沖擊地壓治理采用大直徑φ153 mm鉆孔卸壓作為常規(guī)治理措施，以煤層注水、高壓水預(yù)裂作為補充卸壓措施。礦井相對瓦斯涌出量為49.73 m3/t，絕對瓦斯涌出量為20.17 m3/min，屬高瓦斯礦井。根據(jù)1012001工作面配套的MG750/1760-WD型滾筒式無鏈電牽引采煤機、ZF16000/23/42型放頂煤液壓支架及WC55(E)多功能鏟運車參數(shù)，并模擬支架回撤工序，得出回撤通道尺寸為4 500 mm×3 800 mm(寬×高)。

2 回撤通道的確定

2.1 回撤通道位置

回撤通道應(yīng)當(dāng)避開DF26斷層、X2向斜構(gòu)造影響。為確?；爻吠ǖ理敯宸€(wěn)定性，距停采線20 m范圍，采用一次采全高，不放頂煤的回采工藝?；爻吠ǖ琅c系統(tǒng)大巷要留設(shè)護巷保護煤柱，確?；爻泛蟛蓞^(qū)系統(tǒng)大巷圍巖穩(wěn)定?；爻吠ǖ牢恢脩?yīng)當(dāng)避開應(yīng)力集中區(qū)域，防止不合理開采導(dǎo)致沖擊地壓事故發(fā)生。具體位置平面圖如圖1所示。

圖1 回撤通道位置確定平面圖Fig.1 Plan for determining the location of the retreat channel

2.2 回撤通道結(jié)構(gòu)尺寸

根據(jù)1012001綜放工作面設(shè)備參數(shù)及回撤工藝要求可知，回撤通道寬度、高度必須滿足液壓支架回撤、運輸需要，根據(jù)ZF16000/23/42綜放液壓支架頂梁長度5 685 mm，降架后最低高度2 500 mm，機采高度3 500 mm，同時考慮支架轉(zhuǎn)向空間、巷道來壓變形及運輸安全間隙等因素，綜合確定回撤通道寬度為4 500 mm，高度3 800 m，澆筑300 mm厚混凝土地坪，凈高保證3 500 mm。回撤通道結(jié)構(gòu)尺寸斷面圖如圖2所示。

圖2 回撤通道結(jié)構(gòu)尺寸斷面圖Fig.2 Cross-sectional view of the structure and dimensions of the retreat channel

3 回撤通道支護工藝

3.1 支架頂部支護

推采距停采線18 m時，開始鋪設(shè)高強聚脂纖維柔性網(wǎng)，用于回撤期間支架頂部支護。鋪網(wǎng)時在每架前梁端部施工固網(wǎng)錨桿，緊靠固網(wǎng)錨桿鋪設(shè)一道φ21.5mm鋼絲繩，采用12號鐵絲將鋼絲繩固定在錨桿及網(wǎng)子上，鋼絲繩端頭兩順槽固定在巷道頂部錨索上，便于采空區(qū)壓網(wǎng)嚴(yán)實可靠。鋪網(wǎng)后，每推采一刀，在支架頂梁前端，施工一排錨桿，錨桿采用φ22 mm×3 000 mm螺紋鋼錨桿，間排距1 750 mm×800 mm，錨桿托盤選用Q500鋼材，規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，每根錨桿配3支Z2360樹脂藥卷，錨固力不小于125 kN。當(dāng)鋪網(wǎng)推采至3 200 mm時，開始在架前柔性網(wǎng)下鋪設(shè)φ21.5 mm鋼絲繩，鋼絲繩沿工作面傾向布置，每隔800 mm鋪設(shè)1根，采用12號鐵絲綁扎在柔性網(wǎng)下面，鋼絲繩端頭兩順槽巷道頂部錨索上，鋼絲繩共鋪設(shè)14道，鋼絲繩覆蓋支架尾部掩護梁、頂梁范圍，用于支架撤出后，支架上部巖層支托。支架頂梁上部除錨桿支護外，采用錨索配合鋼絲繩對頂板進行加強支護。錨索采用規(guī)格為φ21.6 mm×7 300 mm的七芯鋼絞線，間排距1 750 mm×1 600 mm，錨索托盤選用Q500鋼材，規(guī)格300 mm×300 mm×18 mm，每根錨索配4支Z2360樹脂藥卷，錨固力不小于250 kN。

3.2 回撤通道支護

推采至距停采線4 500 mm時，開始施工回撤通道，回撤通道寬度4 500 mm，凈高度3 500 mm?；爻吠ǖ啦捎貌擅簷C擴掘，底板臥底300 mm，便于回撤前通道地坪澆筑施工?；爻吠ǖ理敳坎捎缅^網(wǎng)索聯(lián)合支護，錨桿采用φ22 mm×3 000 mm螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×800 mm，錨桿托盤選用Q500鋼材，規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，每根錨桿配3支Z2360樹脂藥卷，錨固力不小于125 kN。錨索采用φ21.6 mm×9 300 mm七芯鋼絞線，間排距1 600 mm×1 600 mm，錨索托盤選用Q500鋼材，規(guī)格300 mm×300 mm×18 mm，每根錨索配4支Z2360樹脂藥卷，錨固力不小于250 kN。幫部采用錨網(wǎng)支護，網(wǎng)片選用8#菱形鐵絲網(wǎng)，錨桿參數(shù)與頂部相同。支架頂部及回撤通道支護斷面如圖3所示。

圖3 支架頂部及回撤通道支護斷面圖Fig.3 The top of the bracket and the support section of the retreat channel

4 結(jié)論

(1)根據(jù)永隴礦區(qū)厚煤層回撤通道支護設(shè)計及現(xiàn)場應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)回撤通道圍巖變形量和破壞范圍遠大于其他回采巷道。因此，回撤通道位置的選取要避開周期來壓、地質(zhì)構(gòu)造及應(yīng)力集中區(qū)域。

(2)在回撤通道圍巖變形破壞機理和應(yīng)力演化規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，討論了回撤通道位置選取、支護方案，并對末采階段采高控制、放頂煤及端頭強制放頂?shù)鹊V壓控制措施進行了分析。

(3)通過厚煤層綜放工作面末采回撤工藝研究，末采段采用錨(桿)索+鋼絲繩聯(lián)合支護方式，并在園子溝煤礦首采綜放工作面回撤通道進行了應(yīng)用，取得了安全、快速的施工效果。