综采工作面回撤通道支护技术研究

2022-09-11

当前，综采是我国井工煤炭开采的主要发展方向，具有开采效率高、产能大、劳动强度低、生产安全等优点。综采工作面的大规模应用不仅提高了矿井机械化开采水平，也显著的降低回采工作面安全事故发生率。综采工作面内的机械设备往往体积以及重量加大，对回撤通道要求较为严格，为了提升回采工作面的综采设备回撤速度，提升矿井经济效益，往往采用预掘回撤通道方式对设备进行回撤。文中以12011综采工作面为工程背景，对预掘回撤通道支护技术进行研究分析，以期更好促进矿井生产。

1. 概述

某矿12011回采工作面位于2采区西侧，为该采区的首采工作面。工作面的西侧为地面工业保护煤柱，东侧为12013回采工作面备采面，南侧为DF137断层保护煤柱，北侧为矿井运输大巷保护煤柱，回采工作面开采2号煤层，煤层平均厚度在5.8m，煤层倾角在1～6°，平均为3°，煤层内部节理、裂隙发育，局部含有夹矸，煤层结构整体较为简单。直接顶为厚度在1.8m的砂质泥岩、泥岩互层，直接顶上部有厚度在0.3m煤线;老顶为厚度在4.6m砂岩;直接底为厚度在2.5m砂质泥岩，老底为厚度6m泥岩。

2. 回撤通道支护设计

(1)支护原理

受到回采工作面开采影响，巷道围岩结构内部发育有裂隙。在预先掘进的回撤通道顶板上施加锚杆、锚索不仅可以提升顶板的抗剪能力，而且还可以提升巷道围岩的稳定性，防止深部围岩出现松动变形。回撤通道周边岩层在回采影响下会出现裂隙，若锚杆范围内的岩块出现脱落，则容易引起回撤锚杆失效，降低支护效果。支护时采用钢筋网配合钢筋量不仅可以增强组合梁体的整体完整性，而且还可以固定容易脱落的破碎岩体，提高支护效果。

在巷道顶板靠近煤帮位置施工倾斜锚杆，不仅可以起到支撑作用，而且还可以强化组合梁体的支护，提高帮角岩体的抗剪能力。在围岩周边岩层内施加锚索，对浅部岩层施加悬吊力，并在锚索上施加较大的预紧力，减缓顶板下沉扩张情况。使得顶板在锚杆、锚索组合作用悬吊与基本顶之上。

(2)回撤通道一次支护

设计的回撤通道形状为矩形，宽度为4m，高度为3.2m，采用锚杆、锚索、锚网支护方式，锚杆为螺纹钢制作的高强锚杆，具体直径为20mm，长度2400mm，每一根锚杆锚固采用2根树脂锚固剂进行，具体型号为Z2350。

锚杆使用的螺母扭矩值大于100N·m，在顶板锚杆施加的拉拔力不小于170KN，帮部锚杆施加的拉拔力不小于150KN。回撤通道的北帮采用点锚辅助支护，锚索的直径为17.8mm，长度为4300mm。在施工的每一根锚索上悬挂14号槽钢，长度为300mm，配套采用厚度为16mm钢板制作而成的托盘，规格为200mm*100mm。在槽钢与托盘之间加规格为200mm*100mm*50mm的木垫板。每一根锚索采用3根树脂锚固剂进行锚固，具体型号为Z2350。

在回撤通道全断面均铺设金属网，锚杆连接采用钢筋梯进行，金属网网片采用直径为6.5mm冷拔钢筋制作，钢筋梯采用直径为14mm圆钢制作。金属网片的搭接宽度为100mm，每隔100mm采用规格为14号的铅丝进行固定。

采用单体液压支柱对顶板进行补强支护，共布置4排支护，最南侧的单体距离巷帮600mm，单体支柱间距为800mm，排距为500mm。支护断面示意图如图1所示。

回撤通道的顶板采用锚索组合梁以及点锚索进行补强支护。采用的锚索直径17.8mm，长度为6300mm，每一排布置3根锚索，间距以及排距均设计为1600mm，在每一排锚索上固定一根由14号槽钢制作的长度为3600mm的钢梁。采用的16mm钢板制作的规格为200mm*100mm垫片，在钢梁与垫盘之间加设规格为200mm*100mm*50mm木垫板。支护采用的点锚索直径为17.8mm，长度为10300mm，每一根点锚索采用3个规格分别为100mm*100mm、200mm*200mm、400mm*400mm垫板，在垫板间加设规格为200mm*200mm*50mm木垫板。每一根点锚索采用4支树脂锚固剂，型号为Z2350，施加的预紧力大于100KN，锚杆的锚固力大于200KN。

(3)二次支护

随着回采工作面距离回撤通道距离的减小，回撤通道的底板板位移量开始增加，支护采用的单体支柱部分出现折断、压死情况。经过研究，决定强化回撤通道顶板支护，在顶板上进行注浆，并强折断或者压死的单体支柱全部进行更换。

(1)顶板注浆参数

在采面煤壁距离煤帮200mm布置长、短注浆钻孔。长注浆钻孔孔深5000mm，向上倾角为25°，短注浆钻孔孔深2500mm，向上倾角为42°，长、短注浆钻孔相间依次布置，钻孔的间距设计为2000mm。

(2)注浆材料

选用的注浆材料为水泥浆，并添加少量的水玻璃。注浆压力控制在3～4MPa。

由于回撤通道与采面距离的不断减小，回撤通道受到的采动压力较为明显，通道内的顶底板变形量较大，有些甚至超过了单体支柱的行程，出现单体支柱压死或者折断情况。因此，为了确保回撤通道围岩稳定性，便于部分压力释放，采用木垛代替单体支柱，木垛的布置间距为3000mm。

3. 应用效果

12011综采工面回采以及设备回撤期间，回撤通道始终保持稳定，通道周边岩层变形量在安全的范围之内。表明采用的回撤通道支护形式可以有效的确保回采工作面与回撤通道的顺利、安全贯通。对设备的安全快速回撤都起到了较好的促进作用。

4. 总结

(1)在预掘回撤通道支护时，采用锚杆+锚索+钢筋网支护形式，充分发挥回撤通道周边岩层的自身承载能力，改善围岩的力学性质，有效的对围岩的早期变形进行控制，确保回撤通道掘进以及早期使用安全。

(2)随着采面与回撤通道距离的缩小，回撤通道受到采动压力影响显著，通过采用顶板注浆加固，采用木垛代替单体支柱方案，可以有效的保证回采工作面与回撤通道贯通安全，为综采设备的回撤提供良好条件。

摘要：预掘回撤通道可以缩短综采工作面回撤时间，提高设备回撤速度，同时预掘回撤通道受采动影响显著。通过分析回撤通道支护原理，对12011综采工作面回撤通道采用锚杆+锚索+金属网一次支护形式，采动影响显著时采用顶板注浆加固+布置木垛二次支护形式，有效解决了预掘回撤通道支护困难问题，提高了综采工作面设备回撤效率，在一定程度上提高了矿井经济效益。

关键词：综采工作面,回撤通道,支护