王 鑫

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司， 山西 保德 036600）

引言

采煤工作面煤炭回采結(jié)束后，需要預(yù)留回撤通道用以回撤采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等煤炭開(kāi)采設(shè)備，回撤通道穩(wěn)定性會(huì)直接影響采煤設(shè)備回撤效率[1-3]。為此，眾多的研究學(xué)者對(duì)回撤通道支護(hù)技術(shù)展開(kāi)研究，對(duì)回撤通道施工方式以及圍巖支護(hù)方式等展開(kāi)研究[4-7]。文中就以山西某礦30902 綜放工作面設(shè)備回撤為工程背景，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件分析基礎(chǔ)上對(duì)回撤通道支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以便為后續(xù)其他采面回撤通道支護(hù)工作開(kāi)展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 山西某礦30902 綜放工作面工程概況

30902 綜放工作面位于3 采區(qū)，開(kāi)采的9 號(hào)煤層厚度均值6.5 m，煤層賦存穩(wěn)定，埋深平均460 m，煤層傾角4°～9°，堅(jiān)固性系數(shù)介于0.5～1.5。采面東側(cè)為礦井開(kāi)采邊界，西側(cè)為9 號(hào)煤層膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸巷，南側(cè)為已經(jīng)回采完畢采空區(qū)，北側(cè)為實(shí)體煤。30902 綜放工作面采放比為1∶1，采高3.2m、放煤高度3.3m，割煤進(jìn)尺800 mm。開(kāi)采范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單至中等，正常涌水量介于20～25 m3/h，最大涌水量50 m3/h。

30902 綜放工作面回撤通道原支護(hù)方案采用錨網(wǎng)索工藝支護(hù)，支護(hù)采用的錨桿長(zhǎng)度2.2 m，錨固長(zhǎng)度1.2 m，并使用雙層金屬網(wǎng)（直徑4.5 mm 金屬網(wǎng)編制，網(wǎng)片10 m×1 m）護(hù)表，具體預(yù)先設(shè)計(jì)的回撤通道支護(hù)斷面如圖1 所示。結(jié)合30902 綜放工作面回撤通道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，提出兩種回撤通道優(yōu)化支護(hù)方案。

圖1 回撤通道原支護(hù)方案（單位：mm）

2 回撤通道支護(hù)優(yōu)化

為降低回撤通道支護(hù)耗時(shí)、降低支護(hù)成本，采用工程類(lèi)比法對(duì)回撤通道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。將巷道原有支護(hù)方式改為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)梁支護(hù)方式，并通過(guò)采用增加錨固長(zhǎng)度或者全長(zhǎng)錨固方式提高錨固效率，適當(dāng)增加錨桿布置間距；采用金屬網(wǎng)提高護(hù)表結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及整體穩(wěn)定性，在頂角位置斜插錨桿，形成結(jié)構(gòu)效應(yīng)；通過(guò)使用高強(qiáng)錨桿支護(hù)體系，適當(dāng)增加頂部錨索間距，通過(guò)錨桿、錨索協(xié)同作用，提高圍巖穩(wěn)定性。

適當(dāng)增加頂部錨桿、錨索長(zhǎng)度，并擴(kuò)大頂部錨桿間排距；巷幫煤壁3 排錨桿長(zhǎng)度均有所增加，間排距適當(dāng)擴(kuò)大。具體回撤通道支護(hù)參數(shù)為：回撤通道頂板錨桿材質(zhì)為HRB335 高強(qiáng)螺紋鋼，錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm，間排距分別為800 mm、1200 mm，在頂板兩側(cè)錨桿均有15°外插角；頂錨索材質(zhì)為鋼絞線，規(guī)格為Φ18.9 mm×8300 mm，錨索布置在回撤通道頂板中部布置一排，間排距均為2400 mm。

回撤通道兩幫煤壁采用的材質(zhì)HRB335 螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ20 mm×2000 mm，錨桿間排距均為1200 mm，在巷幫最上側(cè)錨桿（位于巷道頂板下方500 mm 位置）有15°向上斜插角，在巷幫最下側(cè)錨桿（位于底板上方600 mm）有15°向下斜插角。金屬網(wǎng)鋪設(shè)方式與巷道原支護(hù)參數(shù)一致。具體優(yōu)化后回撤通道支護(hù)斷面如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后回撤通道支護(hù)斷面（單位：mm）

具體回撤通道支護(hù)優(yōu)化后回撤通道水平、垂向位移云圖如下頁(yè)圖3 所示。從圖3 中看出，通過(guò)適當(dāng)增加錨桿、錨索間排距，回撤通道頂?shù)装寮跋飵臀灰屏咳员３衷谳^小范圍，其中頂?shù)装逦灰屏吭?05 mm 以?xún)?nèi)，兩幫位移量在46 mm 以?xún)?nèi)，可滿(mǎn)足巷道使用需要。

圖3 支護(hù)優(yōu)化后回撤通道圍巖變形模擬圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

3.1 支護(hù)成本

在采面回采至停采線位置附近后，采用采煤機(jī)由機(jī)頭向機(jī)尾位置推進(jìn)從而形成回撤通道；采煤機(jī)割煤10 m 后，即開(kāi)始施工頂板錨桿、錨索，當(dāng)回撤通道頂板條件變差時(shí)可適當(dāng)縮小錨桿、錨索間排距。

通過(guò)對(duì)于原回撤通道支護(hù)方案以及優(yōu)化后回撤通道支護(hù)方案發(fā)現(xiàn)，兩種回撤通道支護(hù)方式均可滿(mǎn)足巷道圍巖控制需要，圍巖變形量均較小，但是優(yōu)化后的回撤通道支護(hù)方案在經(jīng)濟(jì)性以及施工效率等方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。具體兩種回撤通道支護(hù)方案費(fèi)用對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 支護(hù)方案優(yōu)化前后支護(hù)成本對(duì)比情況

從表1 看出，優(yōu)化后的回撤通道支護(hù)方案在確保支護(hù)強(qiáng)度的同時(shí)可降低支護(hù)材料使用量以及使用成本，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)錨桿（索）支護(hù)成本降低約45.7%；回撤通道支護(hù)效率更高，可縮短煤炭開(kāi)采設(shè)備回撤耗時(shí)。對(duì)回撤通道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后，不僅可滿(mǎn)足回撤通道圍巖控制需求而且可取得較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 圍巖支護(hù)效果分析

圍巖變形量是衡量回撤通道支護(hù)優(yōu)化效果的一個(gè)關(guān)鍵方面。在回撤通道內(nèi)每隔60 m 布置一個(gè)測(cè)站，對(duì)回撤通道圍巖變形量、頂板巖層離層量以及錨桿索受力情況等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體回撤通道頂?shù)装?、巷幫變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4 所示。

從圖4 中可看出，在工作面綜放設(shè)備回撤期間，回撤通道頂?shù)装遄畲笞冃瘟繛?08 mm、變形速度為4.5 mm/d，巷幫最大變形量為63 mm、變形速度為2.6 mm/d。回撤通道巷板變形量整體較小，表明優(yōu)化后的回撤通道支護(hù)方案可達(dá)到抑制回撤通道圍巖變形目的，可為工作面綜放設(shè)備回撤提供相對(duì)安全環(huán)境。

圖4 回撤通道頂?shù)装?、巷幫變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

30902 綜放工作面回撤通道采用錨網(wǎng)索支護(hù)工藝，原支護(hù)參數(shù)存在支護(hù)強(qiáng)度高、支護(hù)密度大等特點(diǎn)，雖然此支護(hù)參數(shù)可滿(mǎn)足回撤通道圍巖控制需要，但是卻存在支護(hù)耗時(shí)長(zhǎng)、支護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。為此提出結(jié)合工程類(lèi)比法以及數(shù)值模擬法對(duì)回撤通道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體是適當(dāng)增加支護(hù)錨桿、錨索強(qiáng)度，增加支護(hù)間排，達(dá)到在滿(mǎn)足圍巖支護(hù)需要同時(shí)降低支護(hù)費(fèi)用以及支護(hù)耗時(shí)。

對(duì)優(yōu)化后回撤通道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。結(jié)果表明，優(yōu)化后的回撤通道支護(hù)方案不僅可滿(mǎn)足回撤通道圍巖控制需要，而且綜合支護(hù)成本較原支護(hù)方案降低約16.83 萬(wàn)元，支護(hù)耗時(shí)縮短約47%，現(xiàn)場(chǎng)取得較好應(yīng)用成果。