綜采工作面回撤通道的優(yōu)化支護(hù)及效果評價

榮 進(jìn)

（西山煤電西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

煤礦生產(chǎn)除了常規(guī)的綜采工作面、掘進(jìn)工作面、通風(fēng)巷道外，還需設(shè)計專門用于實現(xiàn)設(shè)備安全、順利撤出的回撤巷道。影響回撤巷道設(shè)備撤出效率的主要因素為支護(hù)不力導(dǎo)致的頂板下沉，進(jìn)而使得現(xiàn)場液壓支架在回撤過程中陷入被動的局面。為此，在部分煤礦需要通過施工回撤通道對液壓支架等設(shè)備進(jìn)行撤離，嚴(yán)重影響了設(shè)備的回撤效率和安全性，從而間接地影響了煤礦的生產(chǎn)效率[1]。本文重點以3218 工作面為研究對象，對其回撤巷道支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并對優(yōu)化支護(hù)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬分析。

1 3218 工作面概況

3218 工作面所屬煤礦的原始儲量為111.68 Mt，最初該煤礦的生產(chǎn)能力為0.6 Mt/年，后續(xù)隨著設(shè)備的更替和技術(shù)的進(jìn)步，目前該煤礦的生產(chǎn)能力為1.5 Mt/年。3218 工作面煤層的厚度范圍為3.3～7.8 m，煤層平均厚度為7.2 m；工作面煤層的傾角范圍為3°～12°，煤層平均傾角為6°。3218 綜采工作面頂?shù)装鍡l件如表1 所示。

表1 3218 綜采工作面頂?shù)装鍡l件

經(jīng)探測可知，3218 綜采工作面的最大涌水量可達(dá)95 m3/h，一般情況下的平均/ 正常涌水量為5.3 m3/h。由工作面煤層涌出瓦斯的相對值為1.98 m3/t。3218 工作面共包含有回風(fēng)巷、膠帶運輸巷及輔助運輸巷各一條，其中膠帶運輸巷道兩幫不做支護(hù)設(shè)計，巷道頂板采用錨桿支護(hù)；輔助運輸巷頂板采用錨桿支護(hù)，左右?guī)筒捎缅^網(wǎng)梁支護(hù)；回風(fēng)巷頂板采用錨桿支護(hù)。

2 工作面回撤巷道的支護(hù)優(yōu)化

3218 工作面回撤巷道的斷面形狀為矩形，在巷道挖掘之前其巖體處于穩(wěn)定和平衡狀態(tài)。結(jié)合工作面選型設(shè)備的撤離需求，設(shè)定其回撤巷道的凈寬度為3.2 m[2]。

2.1 回撤巷道支護(hù)現(xiàn)狀

目前工作面主要采用錨桿、錨索與柔性網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的技術(shù)，在聯(lián)合支護(hù)的作用下能夠?qū)鷰r進(jìn)行穩(wěn)定控制，并形成一個煤壁- 回撤巷道- 液壓支架- 采空區(qū)的聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)[3]，具體支護(hù)示意圖如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)回撤巷道支護(hù)示意圖

采用如圖1 所示支護(hù)方案，具體支護(hù)參數(shù)如下：

頂板支護(hù)：錨桿直徑為18 mm，錨桿長度為2100 mm，錨桿間排距為800 mm、700 mm；錨索直徑為15.24 mm，錨索長度為8300 mm，錨索間排距為1500 mm、2000 mm。在錨桿錨索支護(hù)的基礎(chǔ)上采用規(guī)格為1 m×10 m 的菱形鐵絲網(wǎng)對頂板進(jìn)行強化支護(hù)。

兩幫支護(hù)：錨桿直徑為18 mm，錨桿長度為1400 mm，錨桿間排距為800 mm、1000 mm；并掛1000 mm寬的托梁和1000 mm 寬的鐵絲網(wǎng)進(jìn)行強化支護(hù)。

但是，長期生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，采用上述支護(hù)方式存在頂板下沉量大及巷道幫部破壞嚴(yán)重的問題，具體分析如下：

1）設(shè)備在實際回撤操作中，巷道頂板發(fā)生嚴(yán)重的下沉問題，導(dǎo)致其頂板巖層被嚴(yán)重破壞。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因為：對回撤巷道頂板圍巖規(guī)律掌握不充分，停采位置選擇不合理，液壓支架工作阻力小。

2）設(shè)備在回撤過程中，回撤巷道兩幫片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，從而增加了對浮煤的清理工作，延長了搬家時間。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因為：礦壓的影響[4]。

2.2 回撤巷道支護(hù)優(yōu)化設(shè)計

2.2.1 提高液壓支架支護(hù)強度

液壓支架工作阻力較小，是導(dǎo)致對工作面圍巖控制效果較差的主要原因。因此，需適當(dāng)提高回撤巷道工作面液壓支架的工作阻力。此項不是本文優(yōu)化重點。

2.2.2 采用錨索與槽鋼聯(lián)合支護(hù)

傳統(tǒng)回撤巷道采用木棚結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，本方案采用錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)方式對回撤通道進(jìn)行強化支護(hù)。其中，在錨索支護(hù)中，錨索與圍巖通過點接觸的方式固定，容易發(fā)生支護(hù)失效問題[5]。因此，采用錨索通過槽鋼面接觸的形式實現(xiàn)其余圍巖的連接，進(jìn)而形成閉鎖結(jié)構(gòu)，提高支護(hù)的穩(wěn)定性和抗剪強度。

2.2.3 合理確定收尾方案

傳統(tǒng)支護(hù)方案中在距離停采線30 m 的位置開始鋪網(wǎng)操作。本工程基于式（1）合理確定停采邊界距離Lw并開展鋪網(wǎng)操作。

式中：L1為液壓支架梁端距，取值為3.2 m；L2為液壓支架頂梁長度，取值為3.5 m；L3為液壓支架掩護(hù)梁斜長度，取值為2.5 m；L4為掩護(hù)梁至頂板的高度，取值為1 m；D 為采空區(qū)側(cè)矸石埋壓網(wǎng)頭的長度，取值為1 m。

將上述參數(shù)代入式（1）中得出：停采距離Lw=12 m，最終確定在距離停采線12 m的位置開始鋪網(wǎng)操作。

3 數(shù)值模擬分析

為驗證回撤巷道支護(hù)方案優(yōu)化后效果，采用數(shù)值模擬手段對支護(hù)優(yōu)化前后回撤巷道的位移變化進(jìn)行研究。重點對回撤巷道頂板超前15 m、20 m 位置，巷道幫部頂板位置及回撤通道幫中部的位移量進(jìn)行仿真，得出如表2 所示的仿真結(jié)果。

分析表2 可知，對3218 工作面回撤巷道支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化后，在上述四個監(jiān)測位置的最大位移量分別為0.3 m、0.1 m、0.2 m 及0.1 m，與優(yōu)化前相比較，位移量得到明顯減小。由此說明，對3218 工作面回撤巷道支護(hù)方案優(yōu)化后能夠?qū)ο锏理敯搴蛢蓭偷膰鷰r實現(xiàn)整體加固，并具有較為明顯的改善效果，可為快速、安全的設(shè)備撤離提供良好的環(huán)境。

表2 不同位置回撤巷道的最大位移量 m

4 結(jié)論

1）將回撤巷道傳統(tǒng)的木棚支護(hù)優(yōu)化為錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)，并采用金屬網(wǎng)進(jìn)行強化支護(hù)。其中，針對錨索支護(hù)采用槽鋼實現(xiàn)錨索與巷道頂板圍巖的面接觸，從而提升支護(hù)范圍。

2）將距離停采線30 m 的位置鋪設(shè)金屬網(wǎng)優(yōu)化為距離停采線12 m 的位置鋪設(shè)金屬網(wǎng)。

3）適當(dāng)提升巷道液壓支架的工作阻力。

4）通過數(shù)值模擬分析可知，對3218 工作面回撤巷道支護(hù)方案優(yōu)化后，能夠?qū)ο锏理敯搴蛢蓭偷膰鷰r實現(xiàn)整體加固，并具有較為明顯的改善效果，可為快速、安全的設(shè)備撤離提供良好的環(huán)境。