劉 昭

(神府經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)海灣煤礦有限公司三號(hào)井，陜西 神木 719314)

0 引言

陜北淺埋煤田儲(chǔ)量豐富，地質(zhì)賦存和開(kāi)采條件簡(jiǎn)單，2-2煤層可采厚度較大，隨著礦山機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，大采高綜采是主要的開(kāi)采方法[1-2]。目前，大采高的開(kāi)采高度一般在5～7 m，最大高度達(dá)8.3 m。采高的增大，礦山機(jī)械設(shè)備搬家回撤時(shí)需要的空間越大，而工作面結(jié)束后設(shè)備回撤是綜采作業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[3]。工作面推采結(jié)束后，需要一個(gè)安全可靠的空間，來(lái)保證設(shè)備的安全撤出[4-5]。神府礦區(qū)大都采用預(yù)掘回撤通道[6-7]的方法，進(jìn)行綜采工作面回撤?；爻吠ǖ涝诓贾霉ぷ髅鏁r(shí)，同工作面順槽及安裝切眼一并形成?；爻吠ǖ赖陌踩煽啃灾饕ㄟ^(guò)支護(hù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，選擇合理的支護(hù)形式和參數(shù)對(duì)設(shè)備安全快速的回撤至關(guān)重要[8-9]。

隨著支護(hù)設(shè)備和工藝的不管發(fā)展，我國(guó)煤礦支護(hù)改革取得了顯著成績(jī)，尤其是回采順槽的支護(hù)改革從以往的被動(dòng)支護(hù)階段過(guò)渡至以錨桿、錨索為代表的主動(dòng)支護(hù)階段。被動(dòng)支護(hù)代表性的有木垛支架和剛性金屬梯形支架，然而主動(dòng)支護(hù)的技術(shù)性能較差，在當(dāng)前礦區(qū)已經(jīng)被逐步淘汰或大幅度減少使用。此外，主動(dòng)支護(hù)階段如以錨桿支護(hù)為主的現(xiàn)代支護(hù)手段正在迅速推廣和應(yīng)用。錨桿支護(hù)是一種主動(dòng)支護(hù)方法，借鑒懸吊理論和組合梁理論，通過(guò)提高圍巖的整體剛度可以達(dá)到加強(qiáng)巖體整體性的效果，也有提高巖體變形能力這方面的效果。從錨桿的作用機(jī)理可以知道錨桿主要發(fā)揮其組合梁與組合拱的作用，起到加固巖體的效果，但是受錨桿為剛性材料的約束，錨桿長(zhǎng)度存在一定尺寸約束，不可能很長(zhǎng)，這就導(dǎo)致組合梁和組合拱的厚度具有局限性，錨索支護(hù)技術(shù)能夠很好的改善這一狀況，因?yàn)殄^索為柔性材料，能夠具有一定的長(zhǎng)度，這也就增加了組合梁和組合拱的厚度。由于錨索長(zhǎng)度較長(zhǎng)，這種優(yōu)勢(shì)能有效的將大尺寸、不穩(wěn)定、易冒落的頂板與穩(wěn)定頂板進(jìn)行組合，充分調(diào)動(dòng)圍巖自身的承載特性，阻止容強(qiáng)裂隙帶和冒落帶的發(fā)育范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，增大共同承載的巷道圍巖的范圍，給錨索施加一定的預(yù)緊力，變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，更能有效控制圍巖變形[10-12]。

海灣煤礦三號(hào)井2202綜采面回撤通道為大斷面巷道(寬6.5 m、高5.0 m)，巷道應(yīng)用“錨索+鋼梁”的支護(hù)方式，在綜采工作面回撤時(shí)，有效控制了巷道圍巖變形，保證了工作面的安全快速回撤。結(jié)合礦井實(shí)踐對(duì)大斷面回撤通道“錨索+鋼梁”的支護(hù)形式進(jìn)行探討，以期為同類型巷道支護(hù)提供參考。

1 研究區(qū)概況

海灣煤礦三號(hào)井位于陜北侏羅紀(jì)煤田神木北部礦區(qū)海灣井田西北角，行政隸屬陜西省神木市孫家岔鎮(zhèn)。礦井生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/年。開(kāi)采2-2煤層，煤層平均厚7.46 m，采用綜采大采高一次采全高采煤工藝，設(shè)計(jì)采高7.0 m，傾角0°～1°，煤層埋深107～159 m，屬于淺埋煤層大采高工作面開(kāi)采。頂板以粉砂巖為主，其次為泥巖和細(xì)粒砂巖，底板為粉砂巖和泥巖。在淺埋大采高綜采工作面回采過(guò)程中，由于采出空間較大，工作面覆巖將不存在傳統(tǒng)意義的覆巖“三帶”，基本上為冒落帶和裂隙帶“二帶”，工作面來(lái)壓期間頂板有明顯的臺(tái)階下沉和動(dòng)載現(xiàn)象，頂板控制不好，易出現(xiàn)壓垮支架、巷道底鼓、冒頂?shù)软敯迨鹿蔥13]。當(dāng)采高增大到6.0 m以上，煤壁的暴露面積增大，穩(wěn)定性變差，容易出現(xiàn)大面積片幫。煤壁的穩(wěn)定如果控制不好，就會(huì)在來(lái)壓時(shí)造成工作面的空頂距不斷加大，存在安全隱患[14]。

2202工作面位于2-2煤層，沿煤層走向布置，工作面長(zhǎng)1 172 m，工作面寬224 m。2202回撤通道位于2202工作面停采線處，巷道長(zhǎng)度224 m，寬度為6.5 m，高度為5.0 m。巷道沿2-2煤層底板掘進(jìn)，留設(shè)2 m頂煤。直接頂為厚8.75 m的粉砂巖；老頂為厚22.96 m的粉砂巖，距2-2煤頂13.6 m，老頂與直接頂之間為厚4.81 m的中粒砂巖。與2202回撤通道間隔20 m保安煤柱，平行2202回撤通道布置有2202輔助回撤通道，兩通道間通過(guò)3個(gè)聯(lián)巷連通。2202回撤通道為2202綜采工作面回撤時(shí)期的安全作業(yè)空間，如圖1所示。

圖1 2202回撤通道位置關(guān)系

2 2203回撤通道支護(hù)

2203工作面為2-2煤的首采工作面，與2202工作面的地質(zhì)條件、巷道布置方式以及開(kāi)采方法基本一致。

2.1 支護(hù)方式

頂板支護(hù)：2203回撤通道頂板采用“菱形網(wǎng)+錨桿+W鋼帶+錨索”聯(lián)合支護(hù)，菱形網(wǎng)選用8#鐵絲菱形勾花網(wǎng)；錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm；W鋼帶寬200 mm、厚4 mm、長(zhǎng)6 000 mm，通過(guò)錨索固定在頂板上；錨索選用φ17.8 mm×7 000 mm鋼絞線錨索，每排3根，間排距2 250 mm×1 000 mm。2203回撤通道正幫未支護(hù)。

副幫支護(hù)：2203回撤通道副幫采用“菱形網(wǎng)+W鋼帶+錨桿”聯(lián)合支護(hù)，菱形網(wǎng)選用8#鐵絲菱形勾花網(wǎng)；錨桿選用φ18 mm×1 500 mm圓鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm；W鋼帶沿巷幫橫向布置3排，間距2 000 mm，通過(guò)錨桿固定在巷幫上，如圖2所示。

圖2 2203回撤通道支護(hù)

補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：在2203工作面距停采線50 m時(shí)，在回撤通道內(nèi)打設(shè)兩排垛式支架，見(jiàn)表1。在工作面推采至停采線50 m處時(shí)，開(kāi)始向回撤通道運(yùn)輸垛式支架，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。支架平行巷道放置，放兩排，排間距1 m，列間距0.5 m，第1排垛架距非工作面幫1 m，共安設(shè)垛架83架。

表1 ZDD18000/27/56型支掩式支架技術(shù)特征表

2.2 存在的問(wèn)題

2203工作面回撤期間，回撤通道內(nèi)壓力顯現(xiàn)明顯，頂板下沉、破碎嚴(yán)重，部分錨索被拉斷，局部頂板漏頂，且有部分垛架及工作面支架被壓死，副幫煤壁片幫嚴(yán)重，采空區(qū)大量漏矸涌入工作面，給工作面設(shè)備回撤帶來(lái)了極大困難。礦井通過(guò)搭設(shè)鋼梁棚、注漿加固頂板等手段對(duì)頂板進(jìn)行維護(hù)，歷時(shí)80d才完成工作面回撤。因此，為了保證2202工作面安全快速回撤，2202回撤通道支護(hù)設(shè)計(jì)需進(jìn)一步優(yōu)化。

3 2202回撤通道支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 工作面支護(hù)思路

頂板及副幫：2202工作面為2-2煤的第2個(gè)工作面，2202回撤通道煤層底板標(biāo)高為+1 115～+1 122 m，對(duì)應(yīng)地表為地勢(shì)較為平坦的黃土峁梁區(qū)。標(biāo)高為+1 240～+1 250 m，煤層平均埋深125 m。2202回撤通道支護(hù)設(shè)計(jì)，深刻吸取2203回撤通道支護(hù)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采用“錨索+鋼梁”的支護(hù)形式控制頂板，采用“錨桿/錨索+鋼帶”的支護(hù)形式控制副幫，加強(qiáng)對(duì)巷道頂板及副幫的支護(hù)。

礦壓觀測(cè)：在工作面推進(jìn)至距回撤通道15～20 m時(shí)，根據(jù)貫通前100 m到50 m范圍內(nèi)礦壓觀測(cè)的數(shù)據(jù)，對(duì)工作面來(lái)壓步距及來(lái)壓強(qiáng)度等進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)工作面貫通前的來(lái)壓位置。通過(guò)調(diào)壓、讓壓、等壓等措施，確保距貫通點(diǎn)5 m左右時(shí)，末采最后一次周期來(lái)壓結(jié)束，貫通點(diǎn)避開(kāi)周期來(lái)壓。

末采支護(hù)設(shè)計(jì)：工作面末采使用的是兩片柔性樹(shù)脂纖維網(wǎng)支護(hù)。第1片網(wǎng)224 m×5 m，強(qiáng)度400×400 kN/m，網(wǎng)邊均編入1根φ18.5 mm鋼絲繩；第2片網(wǎng)是由224 m×5 m(強(qiáng)度600×600 kN/m)與224 m×8 m(強(qiáng)度800×800 kN/m)的網(wǎng)片拼接而成，一邊編入1根φ18.5 mm鋼絲繩，在強(qiáng)度為800×800 kN/m的網(wǎng)片編入9根φ18.5 mm鋼絲繩，鋼絲繩間距0.8 m。當(dāng)工作面貫通后，保證網(wǎng)片與主回撤通道頂部舊網(wǎng)搭接300～500 mm，柔性網(wǎng)在金屬網(wǎng)之下，搭接處鏈接網(wǎng)扣間距200 mm。

3.2 回撤通道支護(hù)方式

頂板支護(hù)：基于上述礦壓數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和工作面支護(hù)措施的有效保障。2202回撤通道頂板采用“雙菱形網(wǎng)+錨桿+雙11#工字鋼梁+錨索”聯(lián)合支護(hù)，菱形網(wǎng)選用11#鐵絲菱形勾花網(wǎng)，雙層鋪設(shè)于頂板上；錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm；雙11#工字鋼梁采用礦用11#工字鋼并排焊接而成，寬180 mm、厚110 mm、長(zhǎng)6 000 mm，在梁上預(yù)留3個(gè)穿線孔，通過(guò)錨索固定在頂板上；錨索選用φ21.6 mm×9 000 mm鋼絞線錨索，每排3根，間排距2 250 mm×1 000 mm。

副幫支護(hù)：2202回撤通道正幫未支護(hù)。2202回撤通道副幫采用“菱形網(wǎng)+W鋼帶+錨桿/錨索”聯(lián)合支護(hù)，菱形網(wǎng)選用11#鐵絲菱形勾花網(wǎng)；錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，間排距2 000 mm×1 000 mm；錨索選用φ15.24 mm×3 000 mm鋼絞線錨索，間排距2 000 mm×1 000 mm；W鋼帶沿巷幫橫向布置3排，間距2 000 mm，通過(guò)錨桿、錨索固定在巷幫上。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化2202回撤通道支護(hù)設(shè)計(jì)，在2202工作面回撤期間，回撤通道頂板及副幫得到有效控制，僅局部區(qū)域頂板下沉量大并破碎。雙工字鋼梁在破碎頂板的控制上，發(fā)揮了關(guān)鍵作用，通道內(nèi)未發(fā)生壓架及漏矸現(xiàn)象。頂板控制達(dá)到了預(yù)期的效果，為工作面安全快速回撤提供了保障。2202工作面回撤僅用時(shí)24 d，很大程度的節(jié)省了回撤時(shí)間。同時(shí)，“錨索+鋼梁”支護(hù)形式在2202回撤通道支護(hù)中的成功應(yīng)用，為同類型大斷面回撤通道支護(hù)提供了借鑒實(shí)例。