綜采工作面回撤通道圍巖控制技術(shù)研究

石茂虎

(左權(quán)縣應(yīng)急管理局， 山西 晉中 032600)

綜采工作面設(shè)備的安全快速回撤直接關(guān)系礦井工作面的生產(chǎn)接替，因此，對(duì)綜采工作面末采期間回撤通道圍巖控制技術(shù)的研究尤為重要。末采期間，礦壓顯現(xiàn)比較劇烈，容易發(fā)生回撤通道頂板冒落和煤壁片幫。工作面距離回撤通道越近，對(duì)回撤通道的影響越明顯，特別是頂板，回撤通道的圍巖壓力和圍巖位移量將會(huì)顯著增加。只有保證回撤階段圍巖穩(wěn)定，才能保障綜采工作面安全快速回撤得以順利實(shí)現(xiàn)，為煤礦安全高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[1-3]. 因此，有必要對(duì)綜采工作面回撤通道圍巖控制進(jìn)行研究。

1 工程概況

神華包頭能源有限責(zé)任公司李家壕井田位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯東勝區(qū)，行政區(qū)劃隸屬東勝區(qū)罕臺(tái)鎮(zhèn)管轄，煤層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，層位較穩(wěn)定，厚度變化較大，在勘查區(qū)的南部較厚。2-2中煤116綜采工作面推進(jìn)長(zhǎng)度2 406 m，工作面長(zhǎng)度是300 m，平均煤層厚度3.0 m，煤層傾角0～3°，平均埋深185 m；綜采工作面回撤技術(shù)采用預(yù)掘雙回撤通道技術(shù)，綜采工作面輔回撤通道斷面規(guī)格為5.4 m×2.6 m，主回撤通道斷面規(guī)格為5.2 m×2.4 m，主回撤通道和輔回撤通道之間的保護(hù)煤柱寬度為25 m，主回撤通道和輔回撤通道都將用做回撤設(shè)備。其綜采工作面布置見圖1.

圖1 工作面布置圖

2 2-2中116工作面回采巷道鉆孔探測(cè)

由于回撤通道與主運(yùn)平巷是同一區(qū)域地質(zhì)條件，為了研究靠近回撤通道以及遠(yuǎn)離回撤通道頂板的變化情況，分別在主運(yùn)平巷距離主回撤通道50 m、150 m、200 m的頂板位置各布置1個(gè)測(cè)站。根據(jù)礦井實(shí)際生產(chǎn)情況以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，設(shè)計(jì)回采巷道頂板鉆孔d28 mm，鉆孔深度10 m，施工過程中可根據(jù)具體情況有所改變。

由主運(yùn)平巷鉆孔探測(cè)結(jié)果(圖2)分析可知：1) 頂板夾煤層變化情況。鉆孔測(cè)站1的探測(cè)結(jié)果為在頂板2～8 m觀測(cè)深度內(nèi)，有0.1～0.3 m不同厚度的煤夾層，主要集中在頂板2～5 m觀測(cè)深度內(nèi)；鉆孔測(cè)站2的探測(cè)結(jié)果為在頂板1～2 m觀測(cè)深度內(nèi)，有0.6 m厚度的煤夾層；鉆孔測(cè)站3的探測(cè)結(jié)果為在頂板0～7.4 m觀測(cè)深度內(nèi)，無(wú)明顯的煤夾層。2) 頂板的各層位巖性情況。在頂板觀測(cè)深度范圍內(nèi)，巖性有煤、砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖、泥巖，主要巖性為砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖；砂質(zhì)泥巖主要集中在頂板的0～4 m和6～8 m觀測(cè)深度內(nèi)，厚度在0.4～4.6 m；細(xì)粒砂巖主要集中在頂板的6～9 m觀測(cè)深度內(nèi)，厚度在0.2～1.6 m；少量的泥巖在頂板觀測(cè)深度頂部。3) 頂板的圍巖發(fā)育情況。在頂板觀測(cè)0～1.5 m內(nèi)圍巖縱橫裂隙交叉分布，逐漸向頂部觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，裂隙漸漸減少，破碎逐步減輕；層位結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，裂隙和破碎不明顯。

圖2 探測(cè)巖性圖樣及縱剖面圖

3 回撤通道圍巖控制的初次支護(hù)方式和加固支護(hù)

3.1 回撤通道圍巖控制的初次支護(hù)方式

錨網(wǎng)支護(hù)能使圍巖的完整性、承載能力以及剛度得到增強(qiáng)，減小片幫以及冒頂現(xiàn)象的出現(xiàn)[4]. 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回撤通道頂板巖性的實(shí)測(cè)情況以及李家壕礦的地質(zhì)資料，確定回撤通道圍巖控制的初次支護(hù)方式：主回撤通道頂板采用掛鋼筋網(wǎng)+菱形網(wǎng)+左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)，主回撤通道副幫采用圓鋼錨桿+錨索+W型鋼帶+菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

3.2 回撤通道圍巖控制的加固支護(hù)

從回撤通道圍巖控制的初次支護(hù)完成到綜采面貫通中間間隔的時(shí)間一般較長(zhǎng)。在回撤通道的服務(wù)階段，隨著綜采面的不斷向前推進(jìn)，當(dāng)進(jìn)入末采階段時(shí)，綜采面和回撤通道周圍的巖體會(huì)不斷發(fā)生變化，圍巖的受力狀態(tài)也會(huì)隨之不斷改變。因此，當(dāng)回撤通道處于不同階段時(shí)，其支護(hù)形式也會(huì)有所不同。

回撤通道在掘進(jìn)施工完成后通常采用錨桿索聯(lián)合支護(hù)的主動(dòng)支護(hù)形式；回撤通道進(jìn)入綜采面的采動(dòng)影響階段時(shí)，由于已提前對(duì)回撤通道進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)，因此，通常采用垛式液壓支架的被動(dòng)支護(hù)形式?；爻吠ǖ捞幱谪炌A段時(shí)，綜采面的液壓支架上方已提前鋪設(shè)了金屬網(wǎng)，且隨著液壓支架被搬運(yùn)出去，要在相應(yīng)的位置支設(shè)木垛或者其他措施。該礦2-2中116綜采面與回撤通道距離兩百多米時(shí)，在回撤通道縱向安裝兩排垛式液壓支架，對(duì)圍巖進(jìn)行被動(dòng)的補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)；后期對(duì)回撤通道容易出現(xiàn)變形下沉嚴(yán)重的中間頂板區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)打錨索的加固支護(hù)。貫通回撤搬家期間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖具體情況采取相應(yīng)的加固支護(hù)措施。通過對(duì)處于不同服務(wù)階段的回撤通道的支護(hù)分析，提出了2-2中116綜采面回撤通道圍巖控制的補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)技術(shù)。

1) 回撤通道底板澆筑砼加固技術(shù)。

回撤通道進(jìn)入末采階段時(shí)，綜采面不斷靠近回撤通道，回撤通道受工作面的采動(dòng)壓力會(huì)逐漸明顯，圍巖可能會(huì)出現(xiàn)相對(duì)較大的變形破壞。若底板圍巖變形破壞嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)較大范圍的底鼓現(xiàn)象，使得回撤通道底板的平整度降低。這種情況不僅增加了在回撤通道里安裝垛式液壓支架的難度，而且影響了垛式液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度，加大了綜采面貫通后回撤搬家工作的難度。因此，為了使回撤通道底板的平整度較高且底鼓值較小，對(duì)回撤通道底板澆筑適當(dāng)厚度的砼，使回撤通道底板淺部圍巖和澆筑的砼形成一個(gè)整體，使回撤通道底板圍巖表面得到密封，降低底板受水浸泡以及風(fēng)化作用的影響，保障底板圍巖的力學(xué)性能，維持底板的承載能力在合理范圍。

2) 回撤通道頂板和保護(hù)煤柱幫(或?qū)嶓w煤幫)補(bǔ)打錨索加固技術(shù)。

通常情況下回撤通道的兩幫是煤體，頂板的淺部巖層也可能是煤體。煤體的強(qiáng)度以及承載能力相對(duì)較小，當(dāng)綜采面進(jìn)入末采期間其動(dòng)壓影響較為明顯，會(huì)出現(xiàn)煤體變形較大的情況。在回撤通道頂板和保護(hù)煤柱幫(或?qū)嶓w煤幫)補(bǔ)打錨索加固，回撤通道圍巖的中間區(qū)域容易出現(xiàn)變形，需使加固支護(hù)強(qiáng)度增大，而其他區(qū)域適當(dāng)變小。

3) 回撤通道的臨時(shí)加固技術(shù)。

通?？梢园褑误w支柱用做回撤通道臨時(shí)加固支護(hù)體，雖然單體支柱的支護(hù)強(qiáng)度沒有垛式液壓支架大，但其整體結(jié)構(gòu)小，搬運(yùn)方便、安裝簡(jiǎn)單、拆卸便捷。在末采期間或綜采面和回撤通道貫通后，如果回撤通道上覆巖層出現(xiàn)一定區(qū)域變形下沉較大的現(xiàn)象，可以使用單體支柱對(duì)圍巖變形較大的局部區(qū)域進(jìn)行臨時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在綜采面貫通后的回撤搬家階段，當(dāng)回撤通道的支架被搬走，單體支柱可以被用做臨時(shí)加固支護(hù)體，由于其占據(jù)空間相對(duì)較小，基本不會(huì)影響其他現(xiàn)場(chǎng)工作的正常進(jìn)行。

4) 主輔回撤通道間聯(lián)絡(luò)巷的加固技術(shù)。

回撤通道施工掘進(jìn)完成后，一般主輔回撤通道間的聯(lián)絡(luò)巷采取錨網(wǎng)索的初次支護(hù)形式。當(dāng)綜采面進(jìn)入末采階段，通常回撤通道會(huì)提前安裝垛式液壓支架，在垛式液壓支架的搬運(yùn)以及安裝過程中，難免會(huì)和主輔回撤通道間的聯(lián)絡(luò)巷發(fā)生摩擦碰撞，破壞聯(lián)絡(luò)巷的原有支護(hù)體。

4 回撤通道圍巖控制的支護(hù)效果評(píng)價(jià)

1) 回撤通道表面位移監(jiān)測(cè)站布置情況。

根據(jù)礦井工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，從回風(fēng)平巷至主運(yùn)平巷的方向上在主回撤通道和輔回撤通道分別布置測(cè)站：主回撤通道約每隔20 m在其頂板以及頂板斷面相對(duì)應(yīng)兩幫的中間位置布置一個(gè)測(cè)站，共布置14個(gè)測(cè)站；輔回撤通道約每隔15 m在其頂板以及頂板斷面相對(duì)應(yīng)兩幫的中間位置布置一個(gè)測(cè)站，共布置17個(gè)測(cè)站，其測(cè)站具體布置圖見圖3.

圖3 回撤通道表面位移監(jiān)測(cè)站布置圖

2) 主輔回撤巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析。

主回撤通道現(xiàn)場(chǎng)表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4. 由圖4可知，其頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平康淖畲笾捣謩e為250 mm、640 mm. 在工作面的采動(dòng)壓力影響區(qū)域內(nèi)，主輔回撤通道的頂?shù)装搴蛢蓭偷谋砻嫖灰贫籍a(chǎn)生了波動(dòng)，特別是工作面和主回撤通道即將貫通時(shí)礦壓顯現(xiàn)較劇烈。主回撤通道頂?shù)装逡平砍霈F(xiàn)比較大的增量主要集中在主回撤通道的兩個(gè)端部區(qū)域，主回撤通道的中部未產(chǎn)生較大的位移增量是由于貫通前提前補(bǔ)打了錨索。回撤通道的表面位移變化以及采動(dòng)影響表現(xiàn)趨勢(shì)基本一致，主回撤通道圍巖的變形破壞不嚴(yán)重，只是出現(xiàn)部分底板微小的底鼓以及部分煤壁片幫現(xiàn)象，頂板下沉量也不大。

圖4 主回撤通道14個(gè)測(cè)站表面位移變化圖

5 結(jié) 論

本文在鉆孔探測(cè)與位移監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，分析了2-2中116綜采工作面回撤通道的變形破壞特征，提出了綜采面回撤通道圍巖控制技術(shù)：

1) 回撤通道圍巖控制需采用“主動(dòng)支護(hù)為基礎(chǔ)、被動(dòng)支護(hù)為根本”的聯(lián)合支護(hù)原則，做好回撤通道的初次支護(hù)。

2) 在初次支護(hù)的基礎(chǔ)上，須采取針對(duì)性的補(bǔ)強(qiáng)加固措施，即在回撤通道底板澆筑砼加固、在回撤通道頂板和保護(hù)煤柱幫(或?qū)嶓w煤幫)補(bǔ)打加強(qiáng)錨索、在回撤通道頂板下方安設(shè)垛式液壓支架及對(duì)主輔回撤通道間的聯(lián)絡(luò)巷加強(qiáng)支護(hù)。

3) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和實(shí)際回撤過程表明，頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平康淖畲笾捣謩e為250 mm、640 mm，在回撤通道綜合穩(wěn)定控制的前提下一周內(nèi)可順利、快速完成綜采工作面回撤搬家工作。