綜采面大型支架回撤通道留設與支護技術

張家鎖

(山西陽城陽泰集團竹林山煤業(yè)有限公司)

綜采面大型支架回撤通道留設與支護技術

張家鎖

(山西陽城陽泰集團竹林山煤業(yè)有限公司)

為了實現(xiàn)綜采工作面大型支架的安全回撤，竹林山煤礦設計了適合大采高，無軌膠輪車運輸的回撤通道。根據綜采工作面的煤巖層地質條件、待運輸支架的型號，確定利用EBM-160型掘進機現(xiàn)掘支架回撤通道的方案。采用支護與掘進交替作業(yè)的施工方法，頂板與煤幫用錨桿金屬網支護，錨索補強。通過調整采高、周期來壓步距、兩端頭進度和出口提前鋪網拉繩等準備工作，炮掘絞車硐室、打機頭磨角等輔助作業(yè)，掘進機從機尾向機頭沿工作面方向掘進。礦壓檢測結果顯示：撤架期間通道圍巖穩(wěn)定，無頂板垮落現(xiàn)象，所有支架順利撤出。

大采高 無軌膠輪車 回撤通道 巷道支護

預掘支架回撤通道在國內外大型礦井中得到了較廣泛的應用，但對于一些小型礦井，尤其是地質條件復雜和受采動影響的工作面，預留煤柱可能發(fā)生突然失穩(wěn)而造成嚴重后果，因此預掘通道是不可行的[1]。在開掘回撤通道之前，待掘區(qū)域頂板圍巖受回采作用的影響，其整體性結構已經發(fā)生了一定程度的變化[2]，采用現(xiàn)掘回撤通道，不僅要確定工作面的停采位置，更重要的是通過礦壓檢測觀察通道開掘及使用中的礦壓變化規(guī)律，防止出現(xiàn)頂板冒漏等事故[3]。另外回撤通道的支護直接關系到通道的留設效果及使用能力[4-5]。國內很多學者通過研究回撤通道期間的礦壓規(guī)律和頂板控制，取得了一定的理論與實踐成果[6-7]。

竹林山1320工作面為第一個大采高綜采工作面，配套了相應的大型支架設備。為了將1320工作面支架撤出并搬運至新掘工作面，該礦根據自身地質條件和多年井下綜采工作面的管理經驗，制定了現(xiàn)掘回撤通道，并利用錨桿錨索加固頂板，木垛支護采空區(qū)的一系列措施，確保了支架的順利撤出。

1 綜采工作面概況

竹林山煤礦設計生產能力為90萬t/a，井下布置有一個回采工作面，兩個掘進工作面。1320綜采工作面綜采一次采全高采煤方法，位于1300采區(qū)巷道東側，南為采空區(qū)，北為待采1321工作面，東為1400采區(qū)巷道。工作面走向長1 000 m，傾斜長 156 m，煤層平均厚度4.68 m，傾角0°～7°。煤層為黑色、灰黑色金屬光澤，階梯狀、貝殼狀斷口，條帶狀結構，節(jié)理層理較發(fā)育。煤層頂板為中細粒砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖，巖石抗壓強度為108～116 MPa，屬半堅硬-堅硬巖石。底板為粉砂質泥巖，巖石抗壓強度34～56 MPa，屬半堅硬巖石。

1320工作面采用MG500/1330-GWD型雙滾筒采煤機割煤，采高4.8 m，循環(huán)進度0.6 m。采用SGZ900/800型可彎曲刮板輸送機運煤，運輸長度156 m。工作面采用ZY8600-24/50型自移式液壓支架支護，兩端頭采用ZYT8600-24/45型自移式液壓支架，共計93架，最大控頂距5 280 mm，最小控頂距4 680 mm。1320綜采工作面的末采階段共分為工作面機頭機尾錯差調整、采高調整,鋪網上鋼絲繩和回撤通道留設兩大部分，其中距停采線4.2 m為工作面留設回撤通道階段。此次支架回撤通道運送支架工程量如表1所示。

表1 回撤通道支架運輸主要工程量

2 回撤通道留設方案

根據礦井采掘接替、頂底板巖性、工作面壓力等條件，確定采用現(xiàn)掘支架回撤通道方案，等工作面回采至預定距離時停止回采和前移支架，掘進機開掘通道，錨桿錨索支護頂幫。本次1320工作面末采支架回撤通道使用掘進機掘進，在回風順槽安裝掘進機，從機尾向機頭沿工作面方向掘進，綜采隊在距設計停采線前4.2 m時停止回采。1320綜采工作面通道施工采用EBZ-160型掘進機落煤，掘進與支護交替作業(yè)。待掘進機將撤架通道掘成后，綜采隊開始回撤設備。如圖1為末采停采位置剖面圖。

圖1 末采停采位置剖面

1320綜采工作面采用WC40Y型無軌膠輪車運輸支架，膠輪車長9.5 m，寬3.6 m，高1.6 m。過渡支架體型最高，為2 800 mm，端頭支架體型最長，為7 800 mm。所以根據無軌膠輪車和支架實際運輸要求，確定回撤通道斷面規(guī)格(寬×高)為4.2 m× 4 m，長度為156 m，在通道和順槽直角拐彎處掘兩直角邊長為5 m的拐角。

3 回撤通道支護方案

根據支護設計和經驗，1320回撤通道采用錨桿金屬網支護，錨索補強。

3.1 支護材料

①采用專用鋼材錨桿，桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼，桿尾螺紋型號為M22 mm，制作長度為 2 400 mm，滾壓加工成型，延伸率為17%，屈服力為126 kN,極限拉斷力為188 kN，設計間距 800 mm，排距1 000 m；②采用規(guī)格為130 mm×130 mm×8 mm 的拱形高強度托板，其力學性能與錨桿桿體配套；③鋼筋托梁由φ14 mm的圓鋼焊接而成，制作寬度80 mm，長度4 000 mm；④采用規(guī)格為 4 200 mm ×1 200 mm的菱形鐵絲網護頂，網孔為50 mm×50 mm；⑤樹脂加長錨固，錨固長度1 200 mm，且采用兩支樹脂藥卷錨固，規(guī)格分別為K2335和Z2360；⑥采用SKP22-1/1860錨索補強支護，其索體由1×19股低松弛高強度預應力鋼絞線制作，設計長度為8 300 mm，極限拉斷力為 554 kN，抗拉強度大于1 770 MPa。設計采用3支樹脂藥卷加長錨固，一支K2335,兩支Z2360。在錨索頭部安裝樹脂藥卷攪拌頭，尾部安裝高強度錨具。每隔一排安裝3根錨索，排距為2 000 mm。配套采用規(guī)格為300 mm×300 mm×15 mm的加強型金屬托板。

3.2 頂板支護

頂板均采用桿尾螺紋為M22mm的螺紋鋼錨桿和φ21.8 mm錨索支護，排距均為1 000 mm。第一排交叉安裝3根錨桿和3個錨索，間距800 mm，第二排6根錨桿，間距800 mm，均打在鋼帶上，按此方式交替支護。靠近巷幫的頂板錨桿與鉛垂線安設成30°，其余錨桿垂直于頂板?？拷Ъ芏祟^線處用φ21.8 mm錨索配合錨索托板支護，排距為 2 000 mm。回撤通道頂板支護方式如圖2所示。

圖2 回撤通道頂板支護示意

3.2 巷幫支護

采用與頂板相同型號的錨桿，間距800 mm，排距1 000 mm。采用型號為Z2360樹脂藥卷加長錨固，錨固長度1 000 mm。采用與頂板相同的托板、托梁和金屬網，托梁長度為3 400 mm。補強支護采用φ21.8 mm錨索打在鋼帶上支護,每兩排安裝兩根錨索，間距為1 000 mm。

采用相同的錨桿和錨索，排距為1 000 mm，每排3根錨桿和2根錨索，間距850 mm?？拷敯宓南飵湾^桿與水平線安設成10°，距頂200 mm，其余錨桿垂直于巷幫，靠近地板的錨桿與地板水平距離400 mm，靠近頂板的巷幫錨索安設角度與水平線成10°，另外一根垂直于巷幫?；爻吠ǖ老飵椭ёo方式如圖3所示。

圖3 回撤通道巷幫支護示意

4 回撤通道施工工藝

4.1 準備工作

回撤通道開掘之前，首先在1320運輸順槽和1320回風順槽標注停采線位置，距停采線標注好48，34.2，18.0，8.2，4.2 m位置，確保各道工序的準確性。由于圍巖應力隨著支護強度的改變而改變，為使綜采支架順利撤出，在工作面回采至停采線之前，為了更好地控制頂板和圍壓，要做好以下準備工作。

(1)調整采高。通過調整采高來適當調整工作面的壓力，使頂板下沉量小，煤壁受壓小。距停采線34.2 m時，將工作面中間支架段的采高以留頂的方式逐漸降低，工作面煤幫內機頭、機尾三架與順槽平緩過渡；在距停采線18 m時將整個采高降低至 4.0 m，方便末采初次上網作業(yè)。直至末采結束，通道留成，整個采高控制在4.0 m，以滿足回撤支架通道的要求。

(2)調整周期來壓步距。根據竹林山精查地質報告的鉆孔柱狀圖分析,井下工作面并沒有明顯的基本頂，沒有明顯的初次來壓與周期來壓的現(xiàn)象。在距停采線40～20 m時，放慢綜采工作面推進速度，使直接頂充分垮落，當至20 m時單靠支架的初撐力就可以控制好工作面的頂板。

(3)調整兩端頭進度和出口。為充分利用資源，在距停采線40 m以外時，采用割三角的辦法，逐步調整工作面機頭機尾距停采線的距離，使工作面與停采線調平、調齊。調整工作必須在初次上網前結束，保證回撤設備時空間能夠滿足要求。

(4)提前鋪網拉繩，保證頂板的完整性，提高圍巖自身構造應力作用。當工作面推進至距停采線18 m時開始沿工作面在支架前梁上掛網，直至將工作面推至停采線，網覆蓋工作面全長并在機頭機尾各留出1～2 m，搭在所有支架上方。采用錨桿直接將第一趟網錨在頂板上，直至聯(lián)第十趟網時，在第十趟網下網邊聯(lián)設平行于工作面的第一道鋼絲繩，共上14道鋼絲繩。每道鋼絲繩間距300 mm，鋼絲繩在機頭機尾端頭架各富余出2～3 m。

4.2 輔助工作

工作面回撤支架時，需提前回撤1#～5#架，在初次打錨桿掛網后，以初次打錨桿為起點，工作面每回采2 m，在1#～5#架梁頭架間補打6根φ21.8 mm錨索進行補強支護，直至工作面停采。

根據撤架需要，在工作面通道正前方機頭處打絞車硐室，硐室寬2.4 m，深4.0 m，高2.6 m，采用錨網支護，中心與工作面通道中心一致。檢查頂板和幫部的活矸、活炭，然后卸掉鋼帶上的螺絲，取掉鋼帶和鐵絲網。采用風鉆打眼，爆破落煤，人工攉煤到轉載機上，通過支平臺進行錨網支護，循環(huán)尺寸為2.0 m。根據無軌膠輪車拐彎的要求，在工作面機頭煤幫處打磨出等腰直角三棱柱，兩直角邊長度均為5 m，高度由工作面向順槽平緩過渡。

4.3 通道掘進

當第一道鋼絲繩到達支架頂梁與掩護梁交接處，最后一道鋼絲繩到支架頂上距梁端約300 mm后停止移架，采煤機向停采線方向割一個循環(huán)進度煤，并進行掃底，然后將工作面支架伸縮梁全部伸出，一二級護幫板護住煤幫。同時將工作面溜子全部拉回，煤拉空，并將采煤機停至機頭頂板完好處。在1320回風順槽斜貫繞道處，安裝EBZ-160掘進機，然后從機尾向機頭沿工作面平行方向掘進。圖4為支架回撤通道留設及支護效果圖。

圖4 支架回撤通道留設及支護效果

5 礦壓監(jiān)測效果

由于采用自然垮落法處理采空區(qū)頂板，回采后頂板即行垮落，掘進工作面巷道因與回采工作面相鄰，受采動影響明顯，且隨著工作面回采范圍的擴大而加大。在距停采線100 m左右開始加強礦壓觀測，對來壓步距、壓力持續(xù)距離及來壓強度等進行分析。通過連續(xù)的礦壓檢測，末采期間頂板較穩(wěn)定，礦壓處于可控范圍之內，末采及支架回撤通道的施工安全。

為了驗證回采通道頂幫控制的可靠性，實時掌握頂幫動態(tài)變化情況，在回采通道掘進過程中設置了5個頂幫變化觀察站，對支架及其他設備回采過程中的頂板下沉量和煤幫移進量進行觀察。觀察數據顯示，在回測過程中支架后方的頂板呈三角狀管面下沉，支架前方及回測運輸通道頂幫穩(wěn)定可靠。

6 結 語

竹林山煤礦井下1320工作面采用現(xiàn)掘回撤通道留設及錨桿金屬網支護、錨索補強支護的方案，通過調整采高、控頂距、鋪網拉繩，在回撤支架的后方側打木垛和點柱等一系列措施，將所有支架都順利撤出，且在回撤期間，未出現(xiàn)頂板大面積垮落和局部冒頂等突發(fā)情況。有效地保證了回撤通道的使用，為以后支架回撤通道的施工積累了寶貴的經驗和數據。

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[6] 萬 鎮(zhèn)，吳士良.綜采工作面回撤通道礦壓觀測研究[J]．煤礦開采，2009,14(1):85-86.

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2014-07-25)

張家鎖(1969—)，男，生產礦長，工程師，注冊安全工程師，048100 山西省太原市。