綜采工作面應(yīng)力區(qū)回撤通道支護(hù)技術(shù)

張睿偉

（晉能控股集團(tuán)朔州煤電有限公司，山西 朔州 038300）

1 8128 工作面概況

小峪煤礦8128 工作面位于南Ⅰ盤區(qū)北部，其北為小窯破壞區(qū)，南為416、417 大巷，西為礦界與簸箕掌煤業(yè)相鄰，東為正在回采的8126 工作面。對(duì)應(yīng)上部為實(shí)體巖層。工作面標(biāo)高為1137～1140 m，走向長(zhǎng)為805 m，傾斜長(zhǎng)為150 m，可采長(zhǎng)度為680 m，面積為120750 m2。

表1 8128 工作面回采的16 號(hào)層頂?shù)装鍘r性

8128 工作面于2020 年3 月21 日回采結(jié)束并進(jìn)行回撤通道施工，回撤通道采用采煤機(jī)一次性掘進(jìn)施工，回撤通道與工作面平行布置，通道為矩形斷面，長(zhǎng)度為805 m、寬度為4.0 m、高度為3.5 m。

2 回撤通道支護(hù)現(xiàn)狀

2.1 回撤通道原支護(hù)設(shè)計(jì)

1）小山谷煤礦8128 工作面初步設(shè)計(jì)中，回撤通道支護(hù)方式主要采用單錨桿、單錨索支護(hù)，頂板采用的錨桿長(zhǎng)度為2.0 m、直徑為22 mm，共計(jì)施工3 排錨桿，錨桿排距及間距均為1.0 m，頂板采用長(zhǎng)度為6.0 m、寬度為2.0 m 菱形網(wǎng)護(hù)頂。

2）頂板共計(jì)施工2 排單錨索，錨索布置排距為2.0 m，錨索布置間距為3.0 m，錨索長(zhǎng)度為4.3 m、直徑為17.8 mm，錨索外露端安裝拱形托盤[1-2]。

3）回撤通道幫部采用單錨桿支護(hù)，共計(jì)布置2 排，錨桿長(zhǎng)度為1.8 m、直徑為20 mm，排距為2.0 m、間距為1.0 m。

2.2 回撤通道施工工序

回撤通道采用采煤機(jī)通道割煤形成，工作面回采至725 m 處時(shí)工作面內(nèi)所有液壓支架停止前移，采用采煤機(jī)進(jìn)行割煤形成回撤通道，采煤機(jī)割煤深度為0.7 m，第一道割煤完成后從機(jī)頭向機(jī)尾方向依次施工頂板支護(hù)，第一排支護(hù)距前探梁間距為0.5 m，第一排支護(hù)施工后繼續(xù)割煤并對(duì)頂板施工錨桿（索）支護(hù)，割煤后采用單體柱與液壓支架推移千斤頂配合聯(lián)合推移刮板輸送機(jī)，依次類推直至回撤通道施工到位。

2.3 支護(hù)現(xiàn)狀

回撤通道第一排支護(hù)施工完后，當(dāng)采煤機(jī)回采至工作面中部時(shí)，在工作面45 號(hào)—87 號(hào)支架前方頂板及煤壁破碎嚴(yán)重，頂板局部出現(xiàn)冒漏，導(dǎo)致第一排部分錨桿托盤不接頂現(xiàn)象，在施工第二排支護(hù)受應(yīng)力影響，頂板出現(xiàn)斷裂、破碎現(xiàn)象，頂板下沉嚴(yán)重，且多處形成“網(wǎng)包”，頂板最大下沉量為0.47 m，錨桿（索）支護(hù)時(shí)支護(hù)難度大、效率低、失效支護(hù)數(shù)量多，同時(shí)需對(duì)第一排錨桿進(jìn)行二次補(bǔ)打，造成支護(hù)成本費(fèi)用高。

2.4 支護(hù)失效原因分析

1）8128 工作面回采的16 號(hào)煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在煤體內(nèi)存在多層分叉夾矸，破壞了煤體連續(xù)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，回撤通道在施工時(shí)受擾動(dòng)影響，煤體與夾矸之間產(chǎn)生離層，造成煤壁出現(xiàn)剝離片幫現(xiàn)象。

2）8128 工作面回撤通道直接頂為砂質(zhì)泥巖，巖體為褐灰色，巖體成脆性，回撤通道在施工過程中由于支架停止前移支護(hù)，回撤通道頂板出現(xiàn)失穩(wěn)下沉，支架頂梁對(duì)下沉區(qū)頂板產(chǎn)生切頂作用，造成頂板破碎[3-4]。

3）8128 工作面回撤通道與盤區(qū)巷道預(yù)留保安煤柱寬度為80 m，根據(jù)工作面頭尾順槽掘進(jìn)資料以及工作面地質(zhì)資料顯示，回撤通道布置區(qū)域內(nèi)共計(jì)揭露11 條正斷層，斷層平均落差為0.9 m、傾角為52°，形成斷層群，回撤通道內(nèi)形成應(yīng)力卸壓空間，構(gòu)造應(yīng)力在卸壓過程中對(duì)錨桿（索）產(chǎn)生應(yīng)力疲勞破壞，導(dǎo)致支護(hù)體變形、破斷等。

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3 回撤通道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

3.1 鋼帶錨桿支護(hù)

1）由于原回撤通道頂板采用單錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，在頂板來壓時(shí)，錨桿間聯(lián)控效果差，且錨桿托盤承載截面小、強(qiáng)度低，所以決定對(duì)回撤通道頂板采用鋼帶錨桿支護(hù)。

2）回撤通道共計(jì)施工4 排鋼帶錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.5 m、直徑為22 mm，鋼帶采用W型鋼帶，長(zhǎng)度為5.0 m，鋼帶布置時(shí)與支架頂梁平行，同一排相鄰2 根鋼帶收尾錨桿采用重合布置。

3）第一排鋼帶錨桿布置在距支架前探梁1.0 m處，前后2 排鋼帶間距為1.0 m，第4 排鋼帶緊貼回撤通道煤柱布置。

3.2 讓壓錨棚支護(hù)

1）為了防止回撤通道施工后在支架切頂破壞作用下出現(xiàn)支架前探梁處頂板出現(xiàn)斷裂，決定對(duì)回撤通道施工一排讓壓錨棚支護(hù)；讓壓錨棚支護(hù)施工在距前探梁0.5 m 處。

2）讓壓錨棚支護(hù)主要由恒阻大變形錨索、讓壓器、JW 型鋼梁等部分組成，如圖1 所示；恒阻大變形錨索長(zhǎng)度為8.3 m、直徑為21.8 mm；讓壓器主要安裝在JW 型鋼梁與頂板之間，讓壓器主要由柱形讓壓管、錐形讓壓塞等部分組成了JW 新鋼梁由高錳鋼通過JW 型模具一次性澆筑而成，鋼梁厚度為5 mm、長(zhǎng)度為3.5 m，重梁為54 kg/m，承載強(qiáng)度為675 MPa。

圖1 8128 工作面回撤通道聯(lián)合支護(hù)示意圖（單位：mm）

3）JW 型鋼梁平行支架前探梁布置，每根鋼梁安裝2 根恒阻大變形錨索，錨索間距為1.75 m，錨索施工在2 架支架之間，從而確保后期拉架時(shí)不會(huì)對(duì)錨索端頭產(chǎn)生破壞作用。

3.3 鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)

1）傳統(tǒng)頂板采用8 號(hào)鉛絲編制的菱形金屬網(wǎng)，通過對(duì)金屬網(wǎng)進(jìn)行抗拉試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，金屬網(wǎng)橫向最大抗拉強(qiáng)度為108 MPa，縱向最大抗拉強(qiáng)度為155 MPa，金屬抗拉強(qiáng)度低，在頂板變形、下沉?xí)r很容易造成金屬網(wǎng)破斷，所以決定對(duì)8128 工作面回撤通道頂板鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)[5]。

2）鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)每卷長(zhǎng)度為60 m、寬度為10 m，纖維網(wǎng)采用寬度為50 mm 纖維帶編制而成，纖維網(wǎng)縱向最大抗拉強(qiáng)度為455 MPa，橫向最大抗拉強(qiáng)度為570 MPa；纖維網(wǎng)安裝配套設(shè)備主要包括鋼絲繩、絞盤等，鋼絲繩直徑為14 mm，每根長(zhǎng)度為80 m，共計(jì)3根，絞盤若干個(gè)。

3）纖維網(wǎng)安裝工序如下：首先將柔性纖維網(wǎng)外邊穿拉1 根鋼絲繩，將鋼絲繩一端采用錨桿進(jìn)行固定，另一端安裝在絞盤上；手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌使鋼絲繩預(yù)緊，從而帶動(dòng)纖維網(wǎng)升起與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

3.4 單體柱支護(hù)

1）為了防止在動(dòng)壓作用下煤柱與頂板之間肩角煤柱垮落，決定對(duì)回撤通道頂板支設(shè)1 排單體柱支護(hù)，單體柱采用“一梁三柱”支護(hù)方式，單體柱型號(hào)為DW35-180/100×71，支護(hù)高度為1.96～3.50 m，工作阻力為1540 kN，額定工作壓力為24.9 MPa。

2）單體柱支設(shè)時(shí)進(jìn)行穿靴處理，防止底板松動(dòng)倒柱現(xiàn)象，單體柱距煤柱間距為0.5 m，每組3 根單體柱，采用頂梁為“π”型梁，長(zhǎng)度為1.5 m，單體柱支設(shè)間距為0.4 m，每組單體柱支設(shè)間距為1.0 m。

4 應(yīng)用效果分析

8128 工作面回撤通道于2020 年4 月17 日全部支護(hù)完成，5 月22 日開始搬家回撤，在此期間對(duì)回撤通道頂板每隔50 m 安裝1 臺(tái)頂板離層儀，通過30 d現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)：

1）回撤通道采取聯(lián)合支護(hù)后頂板未發(fā)生大面積破碎、冒漏現(xiàn)象，在支架45～57 號(hào)前方揭露1 條落差為1.4 m 斷層，該斷層對(duì)回撤通道圍巖支護(hù)影響較大，在48 號(hào)支架前方頂板出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，最大下沉量為0.19 m，未出現(xiàn)頂板破裂現(xiàn)象，對(duì)工作面后期搬家回撤影響不大。

2）通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)煤壁及支架前方頂板變形情況觀察發(fā)現(xiàn)，對(duì)頂板施工讓壓錨索棚支護(hù)實(shí)現(xiàn)了錨棚與圍巖變形同步支護(hù)作用，控制了支架頂梁對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞作用；同時(shí)對(duì)煤柱與頂板之間支設(shè)單體柱以及鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)后有效控制了肩角煤柱垮落現(xiàn)象。