5316 工作面破碎煤巖體撤架通道及末采支護(hù)技術(shù)

劉貴云

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048000）

1 概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦5316 放頂煤工作面開采3#煤層，煤層平均厚度6.36 m，工作面走向長度為1766 m，傾斜長度196.22 m，傾角為0～8°。直接頂和基本頂為6.22 m 厚砂質(zhì)泥巖，層理發(fā)育，普氏硬度f=4～6，抗壓強(qiáng)度為14.1～48.4 MPa，屬不穩(wěn)定-中等穩(wěn)定頂板。直接底和基本底為13.18 m厚的砂質(zhì)泥巖，層理發(fā)育，局部比較松散，普氏硬度f=4～6，抗壓強(qiáng)度為6.3～34.94 MPa，屬不穩(wěn)定-中等穩(wěn)定底板。

5316 工作面停采線位置在推進(jìn)度1 427.7 m，機(jī)頭機(jī)尾落差14 m，停采線兩巷位置向里20 m、向外30 m 區(qū)域都已采用錨索吊掛工字鋼補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。目前回采接近尾聲，即將開始進(jìn)行末采，并施工撤架通道，撤架通道寬2.5 m，高2.8 m。由于頂板砂質(zhì)泥巖原生裂隙較為發(fā)育，受工作面超前動壓影響，撤架通道區(qū)域的圍巖及煤體松軟破碎，破碎煤巖體影響錨桿錨索支護(hù)強(qiáng)度，影響撤架通道的穩(wěn)定性，需對5316 工作面撤架通道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)研究，確保通道的安全穩(wěn)定，順利撤架。

2 撤架通道方式選擇

工作面撤架通道形成有2 種方式：第一種方式是預(yù)先掘出回撤通道，支架直接進(jìn)入通道回撤；第二種方式是在支架推到回撤位置時，通過掘進(jìn)機(jī)割煤，并打設(shè)錨桿、錨索，形成回撤通道[1]。預(yù)先掘出撤架通道具有提前施工、掘進(jìn)與支護(hù)受外界影響因素較小等優(yōu)點(diǎn)，但由于在工作面回采過程中要經(jīng)受一次超前支承壓力的影響，超前支承壓力將會使通道在貫通前產(chǎn)生嚴(yán)重變形。采用第二種方式形成的撤架通道，具有不受超前支承壓力影響、圍巖應(yīng)力較小、不用架設(shè)垛式支架等優(yōu)點(diǎn)，但同時撤架通道形成前經(jīng)歷過超前支承壓力的影響，煤巖體比較破碎，掘進(jìn)支護(hù)困難[2-4]。結(jié)合5316 工作面的現(xiàn)場條件，3#煤層頂板原生裂隙發(fā)育，預(yù)先掘出的回撤通道受動壓影響將很難維護(hù)，撤架時通道將無法使用且存在較大安全隱患，因此選擇第二種方式。

3 撤架通道區(qū)域支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 撤架通道區(qū)域頂部支護(hù)

（1）通道區(qū)域頂部鋪設(shè)柔性網(wǎng)，停架后，全部架后柔性網(wǎng)落地且被壓住不少于1 m（若有局部柔性網(wǎng)未落地可用金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)補(bǔ)網(wǎng)）。前梁前端至煤壁段當(dāng)柔性網(wǎng)足夠長時采用單層金屬網(wǎng)，柔性網(wǎng)長度不足時，不足部分采用雙層金屬網(wǎng)。柔性網(wǎng)末端至煤壁之間的金屬網(wǎng)下聯(lián)通長橫向鋼絲繩，間距0.8 m。從柔性網(wǎng)末端至保證通道完成后凈高不小于2.8 m（架前底板至鐵梁的高度），凈寬不小于2.2 m（支架前梁至煤幫單體柱之間的距離）。

（2）每個支架前梁上支設(shè)兩根不小于3 m 的工字鋼，工字鋼一頭搭在支架前梁上，搭接長度不少于0.4 m，另一頭緊靠煤幫，梁端支設(shè)單體柱，所有單體柱用防倒繩拴連，柱頭采用防倒皮進(jìn)行防護(hù)。

（3）通道形成后，每架架間布置1 根頂錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，位置布置在支架架間前梁梁端向外0.3～0.5 m；55#～105#架間距煤壁0.3～0.5 m 額外布置1 根8.4 m 錨索。

（4）錨索施工參數(shù)：8400 mm 錨索，頂錨索眼深為8010～8210 mm，孔徑Φ28 mm；頂錨索預(yù)緊力為269 kN；頂錨索露出錨具外150～400 mm；錨索排間距允許偏差±100 mm；頂錨索與頂板巖面角度為90°，允許偏差±10°。漲拉錨索時，發(fā)現(xiàn)不合格錨索，必須在其附近400 mm 范圍內(nèi)補(bǔ)打一根合格錨索，若因頂板破碎仍不合格，在前梁下打兩根單體柱。如圖1、圖2。

圖1 撤架通道示意圖（mm）

圖2 頂部支護(hù)示意圖（mm）

3.2 撤架通道區(qū)域煤幫支護(hù)

由于撤架通道處煤巖體破碎，根據(jù)現(xiàn)場煤幫破碎及錨固效果，設(shè)計(jì)兩種煤幫支護(hù)方案：

（1）煤幫支護(hù)方案一

通道形成后煤幫鋪設(shè)單層金屬網(wǎng)，單網(wǎng)底邊距底板不大于400 mm，煤幫打金屬錨桿進(jìn)行封幫，每架架前布置一根，架間布置一根，呈三花眼布置，錨桿水平間距1.5 m 左右，上排錨桿距頂板0.8～1.0 m，下排錨桿距底板0.8～1.0 m，封幫錨桿預(yù)緊力為162 kN，垂直于煤幫（當(dāng)現(xiàn)場錨桿布置位置不能滿足要求時可適當(dāng)做出調(diào)整）；封幫錨桿最多可墊一塊帶孔木柱帽（為了實(shí)現(xiàn)快速安全封幫，第一組作業(yè)人員提前施工上部錨桿，第二組人員施工底部錨桿，形成三花眼布置方式），施工完成采用板梁或背板進(jìn)行背幫。

錨桿施工參數(shù)：2400 mm 錨桿，鉆孔眼深2290～2350 mm，孔徑Φ30 mm，錨桿露出螺母外10～50 mm，幫錨桿排間距允許偏差±100 mm；幫錨桿與幫部煤體角度為90°，允許偏差±15°。發(fā)現(xiàn)不合格錨桿時，在離原錨桿300 mm 范圍內(nèi)補(bǔ)打合格錨桿，煤幫壓力大時，支架前適當(dāng)縮小錨桿間距，片幫大或煤體酥軟無法施工錨桿時可補(bǔ)打不小于4.3 m 錨索進(jìn)行封幫。煤幫支護(hù)方案一如圖3。

圖3 煤幫支護(hù)方案一示意圖（mm）

（2）煤幫支護(hù)方案二

當(dāng)煤幫的煤體破碎嚴(yán)重，采用錨桿支護(hù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時，該區(qū)域執(zhí)行封幫支護(hù)方案二：通道形成后煤幫鋪設(shè)單層金屬網(wǎng)，單網(wǎng)底邊距底板不大于400 mm，采用雙排4.3 m 錨索進(jìn)行封幫，上排錨索距頂板0.8～1.0 m，下部錨索距底板0.8～1.0 m，錨索間距1.0 m，預(yù)緊力150 kN。若預(yù)緊力仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時，煤幫及時打上貼幫柱用來加強(qiáng)支護(hù)。

幫錨索的技術(shù)要求：4300 mm 錨索，鉆孔眼深為3910～4110 mm，孔徑Φ28 mm；幫錨索預(yù)緊力為150 kN；幫錨索露出錨具外150～400 mm；幫錨索排間距允許偏差±100 mm；幫錨索與頂板巖面角度為90°，允許偏差±10°。煤幫支護(hù)方案二如圖4。

圖4 煤幫支護(hù)方案二示意圖（mm）

（3）煤幫支護(hù)方案選擇

5316 工作面撤架通道區(qū)域首先選擇支護(hù)方案一進(jìn)行煤幫支護(hù)，通過2.4 m 強(qiáng)力金屬錨桿可有效控制巷道煤幫的變形，基本可滿足撤架通道巷幫的安全穩(wěn)定，且相比錨索施工更加快速、便捷、經(jīng)濟(jì)。

但因巷道圍巖條件存在差異性，部分區(qū)域煤幫受動壓影響嚴(yán)重而十分破碎，支護(hù)方案一中的2.4 m金屬錨桿支護(hù)無法有效錨固到完整巖層，存在錨固力不達(dá)標(biāo)、支護(hù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求情況。因此，對于撤架通道煤幫十分破碎區(qū)域，在局部采用支護(hù)方案二進(jìn)行煤幫支護(hù)，通過4.3 m 錨索可增加錨固范圍，提高錨固效果，有效控制巷幫破碎煤巖體的變形。

3.3 機(jī)頭機(jī)尾側(cè)上工字鋼及兩巷超前支護(hù)

從停架前6～8 刀煤開始至停架時，工作面機(jī)頭在端頭架及排頭1#架頂梁上平行工作面上四根工字鋼，鋼梁尾要頂住煤幫，梁頭需搭在1#排頭架上不少于200 mm；機(jī)尾要在最后至少2 個排尾架上面平行工作面架設(shè)四根工字鋼梁，鋼梁尾要頂住煤幫，梁頭需搭在149#架上不少于200 mm。停架前6～8刀煤開始上工字鋼，保證停架時支架上方均勻布置有四根工字鋼，間距750～1000 mm 左右。機(jī)頭機(jī)尾停采線向里20 m、向外30 m 頂板已采用7.4 m 錨索吊掛工字鋼補(bǔ)強(qiáng)。

4 支護(hù)效果分析

為了驗(yàn)證撤架通道的支護(hù)效果，對撤架通道錨桿錨索受力、頂板離層、巷道變形量進(jìn)行監(jiān)測。撤架通道內(nèi)錨索受力在324～412 kN 之間，平均受力366 kN；錨桿受力在118～142 kN，平均受力129 kN。錨桿錨索受力均小于破斷載荷，支護(hù)合理。頂板離層儀深部基點(diǎn)最大值為43 mm，淺部基點(diǎn)最大值為18 mm，頂板離層量不大，均在安全的范圍內(nèi)。撤架通道兩幫變形量最大值為118 mm，頂?shù)装逡平孔畲笾禐?8 mm，巷道變形量較小。監(jiān)測數(shù)據(jù)說明該支護(hù)設(shè)計(jì)方案可有效控制撤架通道處破碎煤巖體的變形破壞，維護(hù)撤架通道安全穩(wěn)定，為工作面順利撤架提供了技術(shù)保障。