宋云龍

（山西馬堡煤業(yè)有限公司， 山西 長治 046300）

引言

設(shè)備回撤為工作面開采結(jié)束后的關(guān)鍵收尾工作，能夠安全、快速、順利地將設(shè)備從綜采工作面撤出是煤礦安全生產(chǎn)的要求和目標(biāo)。但是，在實(shí)際設(shè)備回撤過程中由于綜采工作面頂板的來壓周期相對(duì)明顯，導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)嚴(yán)重的下沉，進(jìn)而導(dǎo)致工作面液壓支架被頂板的下壓巖層壓死，最終增加了液壓支架撤出的難度或?qū)е乱簤褐Ъ軣o法撤出。為保證液壓支架能夠從工作面安全、順利的撤出，需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況對(duì)待撤出設(shè)備的工作面和通道進(jìn)行支護(hù)[1]。本文將著重研究綜采工作面剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)回撤支護(hù)工藝，具體闡述如下。

1 工程概況

本文以涼水井煤礦42111 工作面為例開展回撤通道支護(hù)工藝的一系列研究，該煤礦的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為每年4 Mt。42111 綜采工作面煤層的傾角范圍為0°～3°，對(duì)應(yīng)煤層的平均厚度為3 m；煤層中含有一定的煤矸石，對(duì)應(yīng)煤矸石的平均厚度為0.21 m。經(jīng)探測，42111 工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 42111 工作面頂?shù)装迩闆r

2 工作面開采末期的礦壓規(guī)律分析

對(duì)回撤通道支護(hù)時(shí)，為確保液壓支架順利、安全的撤出，需對(duì)綜采工作面開采末期的礦壓規(guī)律進(jìn)行全面掌握，確定是否能夠采用停采讓壓技術(shù)對(duì)工作面頂板的壓力進(jìn)行釋放[2]。為此，針對(duì)42111 工作面建立有效的礦壓監(jiān)測方案。根據(jù)42111 工作面的實(shí)際情況，分別在工作面多個(gè)液壓支架（編號(hào)為：3#、7#、12#、62#、67#、72#、122#、127#、132#）上安裝紅外壓力傳感器對(duì)礦壓規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

表2 462111 工作面開采末期液壓支架來壓監(jiān)測結(jié)果MPa

經(jīng)對(duì)工作面液壓支架40 d 內(nèi)來壓進(jìn)行監(jiān)測可知，462111 工作面在開采末期平均來壓為35 MPa；此外，對(duì)工作面現(xiàn)場觀察可知，在46111 工作面頂板周期來壓期間，工作面兩幫出現(xiàn)大面積的片幫問題，且在液壓支架掩護(hù)梁的位置處出現(xiàn)大面積的煤矸石。而且，當(dāng)工作面推進(jìn)的距離為采煤機(jī)推進(jìn)步距的2～3 倍時(shí)，工作面頂板的變形減緩且對(duì)應(yīng)支架掩護(hù)梁的煤矸石也相對(duì)減少[3]。因此，可以得出工作面頂板周期來壓的影響區(qū)域?yàn)?～3 倍的推進(jìn)步距。

3 工作面回撤通道的支護(hù)設(shè)計(jì)

針對(duì)46111 工作面在開采末期工作面頂板周期來壓規(guī)律的監(jiān)測分析，當(dāng)對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行回撤時(shí)需對(duì)通道進(jìn)行支護(hù)。本文擬采用剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)工藝對(duì)工作面回撤通道進(jìn)行支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)如下。

3.1 纖維網(wǎng)鋪設(shè)間距的確定

對(duì)于傳統(tǒng)回撤通道的支護(hù)在采用錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用菱形鐵絲網(wǎng)進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。但是，在實(shí)際支護(hù)實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，菱形鐵絲網(wǎng)存在支護(hù)工序繁雜、安裝效率低、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。為解決上述問題，在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)回撤通道采用鋪設(shè)高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)的方法進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)的支護(hù)效果在很大程度受制于纖維網(wǎng)的鋪設(shè)間距。纖維網(wǎng)鋪設(shè)間距的計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：L1為46111 工作面回撤通道的寬度，L1=4 m；L2為液壓支架頂梁的實(shí)際長度，L2=4.6 m；L3為液壓支架掩護(hù)梁的長度，L3=4.1 m；L4為46111 工作面回撤通道的高度，L4=3 m；L5為安全高度，取L5=5 m；L6為工作面開采完畢后煤矸石壓纖維網(wǎng)的長度，取L6=10 m。

經(jīng)計(jì)算可知，高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)的鋪設(shè)距離為25.7 m，考慮到實(shí)際施工的便捷性，將其圓整為26 m。46111 工作面的長度為230 m，因此確定高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)的長度為230 m+20 m（安全余量）=250 m。

3.2 錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

待回撤通道完成鋪網(wǎng)操作后，采用錨桿+錨索對(duì)鋪網(wǎng)后的回撤通道進(jìn)行支護(hù)。對(duì)于錨桿而言，其關(guān)鍵參數(shù)為錨桿長度和間距。

3.2.1 錨桿長度的確定

實(shí)際支護(hù)錨桿長度為錨桿的外露長度、錨桿支護(hù)的有效長度以及錨固長度的和。結(jié)合實(shí)際支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，一般將錨桿的外露長度確定為0.15 m；對(duì)應(yīng)錨桿的錨固長度為0.3～0.4 m。錨桿有效長度的計(jì)算公式如式（2）所示：

式中：B 為錨桿的有效長度；f 為46111 工作面煤層的硬度系數(shù)，取f=1.9；A 為液壓支架回撤通道的寬度，取A=4 m；H 為液壓支架回撤通道的高度，取H=3 m；φ 為 46111 工作面巖層的內(nèi)摩擦角，取φ=44.2°。

經(jīng)計(jì)算可知，回撤通道錨桿的有效長度為1.72 m；則錨桿的實(shí)際長度為0.15 m+1.72 m+0.3 m=2.17 m。為確保錨桿支護(hù)擁有一定的余量，最終確定錨桿的長度為2.4 m。

3.2.2 錨桿間距的確定

一般的，錨桿間排距應(yīng)小于錨桿實(shí)際長度的一半。即錨桿的間距應(yīng)小于1.2 m。結(jié)合以往對(duì)巷道的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，擬定錨桿間距為800 mm，錨桿排間距為800 mm。

3.3 支護(hù)效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)對(duì)回撤巷道的支護(hù)效果，基于FLAC3D 軟件對(duì)原支護(hù)方案和剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)支護(hù)方案對(duì)回撤通道圍巖控制效果進(jìn)行對(duì)比分析[4]。根據(jù)46111 工作面實(shí)際情況，基于FLAC3D軟件建立數(shù)值模擬模型，并根據(jù)工作面巖層的力學(xué)參數(shù)對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。針對(duì)兩種支護(hù)方案對(duì)回撤巷道圍巖控制效果進(jìn)行全面分析，分別在模型中距離回撤通道口5 m（Ⅰ-Ⅰ剖面）、65 m（Ⅱ-Ⅱ剖面）、120 m（Ⅲ-Ⅲ剖面）、175 m（Ⅳ-Ⅳ剖面）以及235 m（Ⅴ-Ⅴ剖面）的位置對(duì)頂板的下沉量進(jìn)行仿真模擬，具體仿真結(jié)果如圖1 所示。

圖1 兩種支護(hù)方案對(duì)回撤通道圍巖控制效果對(duì)比

分析圖1 可知，回撤通道在兩種支護(hù)方案下，在同一個(gè)剖面上距離停采線越遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)工作面頂板的下沉量越大；而在距離停采線相同距離的位置上，越深入回撤通道，對(duì)應(yīng)頂板的下沉量越??；基于剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)的支護(hù)方式對(duì)回撤通道圍巖的控制效果明顯優(yōu)于原支護(hù)方式。結(jié)合剛?cè)峤M合整體鋪放支護(hù)方式，為提高回撤通道的控制效果及高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)的施工效率和成本，可將剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)支護(hù)在設(shè)備回撤通道的支護(hù)中應(yīng)用[5]。

4 結(jié)論

1）綜采工作面開采完畢后需將其中的液壓支架安全、順利、高效的撤出，為了解決回撤通道支護(hù)不利導(dǎo)致的液壓支架回撤困難或無法回撤的問題，需加強(qiáng)對(duì)回撤通道的支護(hù)設(shè)計(jì)。

2）46111 工作面在開采末期巷道頂板對(duì)液壓支架具有明顯的周期來壓，其來壓步距為推進(jìn)步距的2～3 倍。為保證46111 工作面液壓支架的順利回撤，采用剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)支護(hù)方案對(duì)回撤通道進(jìn)行支護(hù)。具體支護(hù)參數(shù)如下：高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)的鋪設(shè)距離為26 m，鋪設(shè)長度為250 m；所采用錨桿支護(hù)的長度為2.4 m，錨桿間距為800 mm，錨桿排間距為800 mm。

3）經(jīng)數(shù)值模擬分析可知，剛?cè)峤M合整體鋪網(wǎng)支護(hù)方案對(duì)回撤通道支護(hù)效果優(yōu)于原支護(hù)方案。