復(fù)雜條件下工作面回撤通道施工方案及支護(hù)技術(shù)

費(fèi)晉華

（山西焦煤山煤國(guó)際長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037101）

1 概況

焦煤山煤國(guó)際長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司22307 綜采工作面可采走向長(zhǎng)度為1574 m，傾向長(zhǎng)度230 m，開采22#煤層，煤層平均厚度為11.3 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度較穩(wěn)定，煤層總厚為9.10～13.70 m，有益厚度為7.40～9.2 m，有1～4 層夾矸，夾矸平均厚度為1.25 m。工作面回撤通道斷面規(guī)格為寬×高=4.0 m×3.5 m。

由于工作面停采線位置存在實(shí)際揭露的斷層延伸影響，頂板破碎、片幫嚴(yán)重。同時(shí)，22307 工作面末采掛網(wǎng)期間受斷層影響，頂板破碎、壓力顯現(xiàn)等情況，需對(duì)比分析并確定回撤通道施工方案，以保證工作面設(shè)備安全、高效回撤。

2 回撤通道施工方案選擇

2.1 方案一：采煤機(jī)自開回撤通道

施工方案：當(dāng)工作面推進(jìn)到停采線時(shí)，提前停止移架，只推輸送機(jī)，利用采煤機(jī)割煤作通道，用于工作面回撤設(shè)備，回撤通道采用“錨網(wǎng)索+鋼帶”支護(hù)。

（1）優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)錨桿、錨索的組合、懸吊、強(qiáng)化作用，可使頂板形成一個(gè)有機(jī)的整體，有效控制頂板的初期離層，支架回撤期間頂板下沉不明顯，施工速度較快。

（2）缺點(diǎn)：① 采用該方法移溜，采用單體柱方式逐段推移，勞動(dòng)效率低；掛網(wǎng)、支護(hù)需在機(jī)道內(nèi)及前部刮板輸送機(jī)上完成，且存在作業(yè)點(diǎn)分散、人員較多的情況，安全性較低；② 工作面施工回撤通道期間，對(duì)工作面回采影響大，采煤效率低。

2.2 方案二：掘進(jìn)機(jī)預(yù)掘回撤通道

預(yù)掘回撤通道是在工作面停采線處沿工作面傾向方向預(yù)先布置一條巷道作為回撤通道，回撤通道采用“錨網(wǎng)索+鋼帶”支護(hù)，末采后期工作面與回撤通道貫通，綜采工作面與回撤通道合二為一，回撤通道作為出架、調(diào)架、撤架的空間。

（1）優(yōu)點(diǎn)：該方法工藝簡(jiǎn)單，可利用現(xiàn)有的掘進(jìn)設(shè)備施工，而且施工回撤通道可與工作面回采平行作業(yè)，對(duì)工作面回采影響小。

（2）缺點(diǎn)：① 末采后期工作面與回撤通道之間的煤墻受超前支承壓力的作用，煤體破碎、壓酥，對(duì)頂板的支承作用有限，回撤通道頂板活動(dòng)明顯，頂板下沉、兩幫移近明顯加大；② 受超前壓力影響，回撤巷道頂?shù)装遄冃螘r(shí)，為保證工作面與回撤通道順利貫通，需由回撤通道向工作面施工導(dǎo)向孔。

2.3 方案三：液壓支架前梁掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)回撤通道

沿工作面掘進(jìn)回撤通道是在工作面完成掛網(wǎng)后，采用掘進(jìn)機(jī)沿液壓支架前梁掘進(jìn)施工設(shè)備回撤通道以回撤綜采設(shè)備，回撤通道采用“柔性纖維網(wǎng)+錨索帶+L 型梯形棚”聯(lián)合支護(hù)。

（1）優(yōu)點(diǎn)：① 工藝簡(jiǎn)單，回撤通道掘進(jìn)方向和工作面推進(jìn)方向、超前壓力方向垂直，較方案一施工期間空頂面積小，能提高支護(hù)質(zhì)量，保證頂板完整性；② 減少了工作面末采時(shí)超前壓力對(duì)回撤通道的二次影響；運(yùn)煤系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用工作面前部刮板輸送機(jī)運(yùn)煤。

（2）缺點(diǎn)：① 回撤通道掘進(jìn)期間圍巖控制難度大，需對(duì)圍巖采取合理有效的支護(hù)措施；② 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)回撤通道時(shí)速度快，支護(hù)速度慢，圍巖很容易出現(xiàn)破碎。

綜上分析可得，由于22307 工作面停采線位置受斷層延伸影響，頂板破碎、片幫嚴(yán)重，為加強(qiáng)回撤通道頂板管理，保證工作面安全、快速回撤綜采設(shè)備，決定該工作面回撤通道采用沿液壓支架前梁掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工。

3 回撤通道支護(hù)技術(shù)

為了保證回撤通道施工安全，便于后期工作面機(jī)電設(shè)備快速回撤，決定對(duì)工作面回撤通道采取“柔性纖維網(wǎng)+錨索鋼帶+L 型梯形棚”聯(lián)合支護(hù)[1-5]。

3.1 鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)

原回撤通道頂板主要鋪設(shè)菱形鉛絲網(wǎng)，每卷網(wǎng)長(zhǎng)度為4.0 m，寬度為2.0 m。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于回撤通道斷面大，頂板鋪設(shè)金屬網(wǎng)時(shí)數(shù)量多、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大，而且金屬網(wǎng)韌性低，在應(yīng)力作用下很容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，決定對(duì)22307 綜采工作面回撤通道頂板鋪設(shè)聚氨酯柔性纖維網(wǎng)。

3.1.1 柔性纖維網(wǎng)參數(shù)

22307 綜采工作面采用柔性纖維網(wǎng)為寬度50 mm 纖維帶交錯(cuò)編制而成，網(wǎng)格規(guī)格為長(zhǎng)×寬=100 mm×100 mm，每卷纖維網(wǎng)長(zhǎng)度為60 m，寬度為10 m，纖維網(wǎng)橫向最大載荷強(qiáng)度為580 kN/m，縱向最大載荷強(qiáng)度為420 kN/m，每卷纖維網(wǎng)配備一根直徑為8 mm 鋼絲繩以及若干個(gè)滑輪和絞車盤。

3.1.2 安裝工藝

（1）當(dāng)工作面液壓支架移架到位后，每隔20 m 在支架前液壓油缸上采用卡纜固定安裝一個(gè)鋼絲繩絞車盤，同時(shí)每隔5 個(gè)支架在支架頂梁上安裝一個(gè)滑輪。

（2）待第一組絞車盤及滑輪安裝完成后，將第一個(gè)絞車盤鋼絲繩抽出，并穿過(guò)第一卷柔性纖維網(wǎng)邊緣。出繩后將鋼絲繩固定在頂板錨桿上，通過(guò)絞盤使柔性纖維網(wǎng)吊起。纖維網(wǎng)在對(duì)通道頂板鋪設(shè)時(shí)，采用錨索鋼帶進(jìn)行固定?；爻吠ǖ拦灿?jì)鋪設(shè)三卷纖維網(wǎng)。

3.2 錨索鋼帶支護(hù)

隨著回撤通道寬度逐漸增加，柔性纖維鋪設(shè)后對(duì)頂板施工錨索鋼帶進(jìn)行支護(hù)。

3.2.1 錨桿鋼帶支護(hù)

（1）錨桿參數(shù)。頂板采用錨桿型號(hào)為MSGM-235/22/2.5 螺紋鋼錨桿，桿體兩側(cè)設(shè)置為無(wú)縱筋結(jié)構(gòu)，便于桿體錨固效果。桿體長(zhǎng)度為2.5 m，直徑為22 mm，錨桿延展率大于16%，抗拉強(qiáng)度大于490 MPa。

（2）鋼帶參數(shù)。頂板鋼帶采用長(zhǎng)度為4.0 m、寬度為0.28 m“JW”型鋼帶，鋼帶橫截面呈“JW”型。鋼帶上布置4 個(gè)直徑為28 mm 錨桿支護(hù)孔，孔間距為1.0 m。鋼帶最大承載強(qiáng)度為280 MPa。

（3）支護(hù)方式。JW 型鋼帶與支架頂梁垂直布置，鋼帶采用錨桿進(jìn)行固定，JW 型鋼帶布置排距為1.0 m。如圖1。

圖1 22307 回撤通道聯(lián)合支護(hù)平面示意圖（mm）

3.2.2 錨索支護(hù)

（1）錨索參數(shù)。頂板錨索型號(hào)為QKLM22-1770 型鋼絞線，長(zhǎng)度為6.5 m，直徑為21.8 mm，設(shè)計(jì)承載力為454 kN，設(shè)計(jì)破斷力為504 kN，抗拉強(qiáng)度為1376 N/mm2，效率系數(shù)≥0.95%，總應(yīng)變量≥2.5%。

（2）支護(hù)方式。① 頂板錨索布置間距為3.0 m，布置排距為2.0 m，兩排錨索采用邁步式布置；②錨索外露端分別安裝高預(yù)應(yīng)力拱形托盤及鎖具，托盤規(guī)格為0.3 m×0.3 m。

3.3 安裝L 型梯形棚

受集中應(yīng)力影響，回撤通道頂板與回采側(cè)煤壁之間的肩角煤柱很容易出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，煤壁采用單錨桿支護(hù)很難起到預(yù)期控制作用，決定對(duì)煤壁施工L 型梯形棚。

3.3.1 煤壁單錨桿支護(hù)

煤壁共計(jì)布置3 排單錨桿，錨桿與頂板錨桿參數(shù)一致，錨桿布置間排距為1.0 m，第一排錨桿距頂板間距為0.5 m，錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為0.45 m、寬度為0.25 m“W”型鋼帶。

3.3.2 L 型梯形棚支護(hù)

（1）L 型梯形棚主要由頂梁和棚腿組成，頂梁與棚腿之間采用抱箍進(jìn)行固定，呈“L”型。L 型鋼棚主要由若干根直徑為14 mm 圓鋼焊接成“梯形”狀，頂梁長(zhǎng)度為0.5 m，棚腿長(zhǎng)度為3.5 m，在頂梁、棚腿中部分別焊制一個(gè)直接為30 mm 支護(hù)孔。

（2）L 型梯形棚布置排距為2.0 m，支設(shè)鋼棚時(shí)棚腿緊貼煤壁，然后采用長(zhǎng)度為2.0 m、直徑為22 mm 錨桿對(duì)棚腿、頂梁進(jìn)行固定。

4 實(shí)施效果

（1）縮短了工期。與傳統(tǒng)回撤通道施工工藝相比，采用在支架前方用掘進(jìn)機(jī)施工回撤通道實(shí)現(xiàn)了通道一次性成型，回撤通道施工周期縮短了7 d。

（2）提高圍巖穩(wěn)定性。對(duì)22307 綜采工作面回撤通道鋪設(shè)柔性網(wǎng)、錨索鋼帶支護(hù)以及安裝L 型梯形棚后，提高圍巖穩(wěn)定性，解決了高應(yīng)力區(qū)回撤通道支護(hù)難度大、圍巖破碎嚴(yán)重等技術(shù)難題。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，采取聯(lián)合支護(hù)后頂板出現(xiàn)局部蠕動(dòng)下沉現(xiàn)象，下沉量為0.14 m，未造成頂板斷裂、垮落現(xiàn)象。