大傾角綜采回撤通道頂板控制與回撤技術(shù)研究

張志智 趙志志 黎勁東

（寧夏煤業(yè)集團(tuán)清水營煤礦，寧夏 銀川 750411）

清水營煤礦煤層頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、泥巖、粗砂巖為主，局部成巖度較差、層理較發(fā)育，圍巖易風(fēng)化、遇水膨脹，屬于典型的“三軟”巖層。根據(jù)以往回撤通道管理經(jīng)驗(yàn)，支護(hù)強(qiáng)度不夠時(shí)，容易出現(xiàn)頂板下沉、片幫等現(xiàn)象， 設(shè)備回撤安全風(fēng)險(xiǎn)大。通過地質(zhì)資料分析、現(xiàn)場(chǎng)鉆孔窺視，提出“全斷面高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索基本支護(hù)+單體液壓支護(hù)配合π型鋼梁”全新支護(hù)方式，并設(shè)計(jì)了模塊鋼板代替?zhèn)鹘y(tǒng)軌道。實(shí)踐證明，該方案有效地控制了頂板，提高了運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜條件下快速回撤設(shè)備。

1 概況

110206 工作面所在煤層為二煤，埋深346～548 m，平均447 m，走向長(zhǎng)度2400 m，回撤通道長(zhǎng)192 m，傾角25°，煤層厚度3.5～4.1 m，平均3.8 m。煤層頂?shù)装鍑鷰r節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖層中富含水，煤層頂板為侏羅系中統(tǒng)直羅組砂巖的含水層，圍巖易軟化、強(qiáng)度低、堅(jiān)固性差，為不穩(wěn)定性圍巖，屬易冒落的三類頂板。圍巖物理力學(xué)參數(shù)特性見表1。直接頂為灰白色或淺灰色粉砂巖，夾煤線，易松散，具波狀水平層理，泥質(zhì)膠結(jié)，厚度為1.35～4.28 m；基本頂為以石英、長(zhǎng)石為主的灰白色粗砂巖，厚度為12.04～52.45 m；直接底為以石英、長(zhǎng)石為主的淺灰色粉砂巖，厚度為1.53～5.74 m，較堅(jiān)硬致密；基本底為厚度2.73～8.71 m的灰色細(xì)粒砂巖，含云母片，巖石致密。

表1 圍巖物理力學(xué)參數(shù)特性

2 回撤通道及風(fēng)機(jī)巷頂板控制技術(shù)研究

2.1 錨注一體、環(huán)形承載技術(shù)研究

向圍巖內(nèi)注漿能夠封堵滲水，進(jìn)而降低地下水對(duì)圍巖的軟化，避免圍巖軟化造成強(qiáng)度降低。漿液在泵壓的作用下，可滲透、充填、閉合圍巖裂隙，降低圍巖體的孔隙率。MZM-70 型注漿材料黏結(jié)力較大，將破碎巖體膠結(jié)形成完整體，可大大提高破碎圍巖強(qiáng)度[1-2]。對(duì)風(fēng)機(jī)巷超前范圍在頂幫二次全錨索支護(hù)，頂板施工Ф21.8 mm×7300 mm 錨索梁、幫部施工Ф21.8 mm×5300 mm 錨索梁加強(qiáng)支護(hù)，錨索梁均用11 號(hào)礦用工字鋼加工制作?；仫L(fēng)巷受采動(dòng)和上區(qū)段采空區(qū)壓力影響幫鼓、底鼓嚴(yán)重，采用人工配合懸臂式掘進(jìn)機(jī)方式擴(kuò)幫起底，對(duì)兩幫采用錨索網(wǎng)噴+注漿錨索支護(hù)。

反底拱施工工藝流程：起底→施工注漿管、注漿→錨桿錨索支護(hù)、灌漿→施工墊層→鋪鋼筋網(wǎng)、安裝圓鋼鋼帶和W 鋼帶→預(yù)緊錨桿錨索→澆筑至設(shè)計(jì)厚度。

對(duì)機(jī)巷超前70 m 施工反底拱地坪，中間矢高500 mm、兩側(cè)300 mm 強(qiáng)度等級(jí)為C30 混凝土，便于機(jī)巷設(shè)備快速回收。反底拱支護(hù)斷面、展開圖如圖1。

圖1 反底拱支護(hù)斷面、展開圖（mm）

2.2 高強(qiáng)柔性網(wǎng)強(qiáng)化頂板支護(hù)

在回撤過程中應(yīng)用了柔性纖維網(wǎng)護(hù)頂工藝。柔性網(wǎng)是樹脂纖維聚合材料，其特點(diǎn)是網(wǎng)片面積大、柔韌輕盈、抗拉力強(qiáng)、易于操作。柔性網(wǎng)與常規(guī)鋪設(shè)金屬網(wǎng)相比，具備一次掛網(wǎng)不聯(lián)接、整體施工質(zhì)量高、效果好的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約聯(lián)網(wǎng)成本，可提高收尾作業(yè)工效[3-5]。另外該材質(zhì)有防銹蝕功能，防止淋水造成抗拉力下降。柔性網(wǎng)對(duì)頂板管理起到了有效支護(hù)作用[6-7]。

2.3 大斷面巷道、復(fù)合支護(hù)技術(shù)

在主副絞車硐室交岔點(diǎn)用全錨索+錨注，硐室用29U 鋼支架+錨索桁架復(fù)合支護(hù)方式，保證了大跨度頂板安全。對(duì)上口噴漿封閉防止風(fēng)化，通過注漿錨索注MZM-70 型無機(jī)料加固頂板。硐室一次錨網(wǎng)噴+錨索桁架支護(hù)，二次架設(shè)29U 鋼支架加強(qiáng)支護(hù)，在交岔點(diǎn)頂板安裝2 臺(tái)頂板離層儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂板變化。

2.4 長(zhǎng)短錨索、梯度支護(hù)技術(shù)

工作面距停采線10 m 時(shí)在頂板施工孔徑56 mm、深度8.5 m 的鉆孔窺視孔，截取圖片進(jìn)行圍巖分析。0.5～4.5 m 范圍內(nèi)裂隙發(fā)育較多，4.5 m 以上頂板較完整。

在通道頂幫用全錨索支護(hù)，頂部布置7 排錨索，采用“短錨索+長(zhǎng)錨索+W 鋼帶”方式。短錨索為Ф21.8 mm×3300 mm、長(zhǎng)錨索為Ф21.8 mm×7300 mm 鋼絞線；幫部用4 排Ф21.8 mm×5300 mm 錨索支護(hù)，排距為900 mm×900 mm，預(yù)緊力240 kN，錨固力260 kN?；爻吠ǖ乐ёo(hù)斷面圖如圖2。通過高預(yù)緊力將錨索用W 鋼帶串聯(lián)在一起，在巷道頂板淺部圍巖中形成預(yù)應(yīng)力加固帶，高預(yù)應(yīng)力向頂板深部傳遞，防止淺部圍巖受開挖或采動(dòng)影響而造成拉剪破壞；同時(shí)，長(zhǎng)錨索錨固端進(jìn)入頂板深部相對(duì)穩(wěn)定的圍巖中，從而形成了預(yù)應(yīng)力承載層。通過長(zhǎng)錨索將淺部和深部雙承載層串聯(lián)，使得雙承載層之間的圍巖處于近似三向受力狀態(tài)，有效防止頂部下沉與離層發(fā)生，確保支護(hù)質(zhì)量[8-9]。

圖2 回撤通道支護(hù)斷面圖（mm）

3 設(shè)備快速回撤技術(shù)

3.1 回撤通道運(yùn)輸方式技術(shù)

二煤底板為粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，易泥化，回撤通道安裝模塊鋼板，模塊鋼板設(shè)計(jì)平、剖面圖如圖3，取消通道內(nèi)調(diào)向絞車，優(yōu)化了回撤工藝?；仫L(fēng)巷安裝兩臺(tái)DLZ210F 型柴油單軌吊機(jī)車運(yùn)輸設(shè)備，提高運(yùn)輸效率。

圖3 模塊鋼板設(shè)計(jì)平、剖面圖（mm）

3.2 扇形帶維護(hù)技術(shù)研究

工作面扇形帶使用4 臺(tái)掩護(hù)支架管理頂板，靠老塘側(cè)施工一排連鎖木垛和一排“一梁三柱”，增加通道頂板的支護(hù)面積和強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了支護(hù)工藝，加快了回撤進(jìn)度，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度[10]。掩護(hù)支架布置圖如圖4。

圖4 掩護(hù)支架布置圖

3.3 回撤期間防滅火技術(shù)

嚴(yán)格落實(shí)綜合防滅火措施，以注氮為主，輔以充填珍珠巖，施工沙袋墻，噴涂凝膠、阻燃劑，灌注粉煤灰等措施，結(jié)合束管監(jiān)測(cè)和人工采樣分析氣體變化，有效控制自然發(fā)火。在上下隅角構(gòu)筑沙袋隔離墻，用注漿泵向上隅角注水玻璃和水泥，快速隔絕氧氣進(jìn)入采空區(qū)，防止自燃氧化。綜合防滅火應(yīng)根據(jù)散熱帶、氧化自燃帶和窒息帶寬度，確定注氮?dú)獾拈g距、時(shí)間和注入量，使氮?dú)庖恢备采w氧化自燃帶，有效遏制采空區(qū)自然發(fā)火。所以按照采空區(qū)氧化帶范圍，在距工作面下口60 m、90 m、120 m 處分別布置支管，在工作回撤期間向采空區(qū)連續(xù)性注氮[11-12]。110206 工作面停采后，采空區(qū)注氮量由500 m3/h 逐步增加到1200 m3/h，累計(jì)注氮?dú)?35 萬m3。

4 結(jié)論

110206 綜采工作面回撤通道采用“全錨索+W鋼帶+液壓?jiǎn)误w支柱+π 型鋼”支護(hù)方式加強(qiáng)了頂幫管理，確?；爻菲陂g的頂幫安全。用模塊鋼板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的軌道運(yùn)輸方式，簡(jiǎn)化了軌道鋪設(shè)工藝，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了模塊鋼板安裝回撤及工作面設(shè)備回撤速度。模塊鋼板面積大、強(qiáng)度高，提高了模塊鋼板對(duì)回撤通道底板的適應(yīng)性?；厥展伟鍣C(jī)和采煤機(jī)9 d，鋪設(shè)模塊鋼板3 d，回收支架17 d，主要設(shè)備回撤29 d，比同類條件下設(shè)備回撤提前16 d，僅節(jié)省人工成本70 余萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。