張 澤，崔 鵬，龔 凱

(陜西能源投資股份有限公司煤業(yè)分公司，陜西 西安 710000)

0 引言

綜放開采是我國特厚煤層高效開采的主要工藝之一[1]。綜放開采具有覆巖活動空間大、礦壓顯現(xiàn)較劇烈、煤壁穩(wěn)定性差、頂板破碎時易引發(fā)冒頂事故等特點，其回撤通道圍巖控制問題較為突出[2]。只有在有效保證工作面回撤通道安全穩(wěn)定的前提下，工作面設(shè)備才能快速、安全的實現(xiàn)回撤，亦是礦井安全、高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)[3-5]。

馬小輝等[6]針對孟村煤礦401101工作面末采回撤問題，采用錨桿、錨索對末采期間頂板進行支護，錨索網(wǎng)聯(lián)合支護回撤通道，同時對工作面上、下隅角進行補強支護，最終該礦401101工作面在保證安全的前提下高效、順利地完成回撤工作。陳依琛[7]為解決彬長小莊礦特厚煤層綜放工作面末采找頂、沿頂回撤過程中丟底煤等問題，采用高強聚酯纖維柔性網(wǎng)配合錨網(wǎng)索支護的方式施工撤架通道。馬小寧等[8]以韓家灣煤礦3-1號煤層某綜采工作面末采回撤工程實踐為研究案例，對綜采工作面實現(xiàn)快速回撤工藝進行探討。呂坤等[9]針對酸刺溝煤礦特厚煤層綜放工作面回撤通道圍巖支護與穩(wěn)定較差的難題，基于現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬，對回撤通道圍巖的變形破壞特征進行了分析，并提出了回撤通道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護技術(shù)。毛增雪[10]采用錨網(wǎng)支護方式支護通道和運用掩護支架維護三角區(qū)，大大減緩了頂板下沉量，同時運用“雙軌吊”新技術(shù)回撤支架及大型設(shè)備，為陜西彬縣下溝煤礦工作面設(shè)備回撤提供了良好條件和充分時間。程洪濤[11]通過對嚴(yán)重沖擊地壓礦井綜采放頂煤工作面重型支架回撤工藝研究，成功實施了無預(yù)留回撤通道、高強度聚酯纖維網(wǎng)鋪設(shè)假頂和多掩護架回撤技術(shù)，實現(xiàn)了工作面重型支架的安全、快速回撤。王惠風(fēng)等[12]使用纖維柔性網(wǎng)替代金屬網(wǎng)，實施提高工作面支架阻力、注入高分子材料、優(yōu)化補強支護方式等頂板控制技術(shù)的工藝，實現(xiàn)了保德煤礦81505綜放工作面安全高效貫通回撤。

雖然諸多學(xué)者針對深部特厚煤層綜放工作面末采回撤問題進行了大量的研究實踐，但針對園子溝煤礦所處的永隴礦區(qū)的相關(guān)研究還較少。且1012001工作面為園子溝煤礦的首采工作面，因此需開展工作面末采回撤支護技術(shù)研究，以期為后續(xù)工作面順利回撤和同類條件礦井提供經(jīng)驗。

1 工作面概況

1012001工作面是園子溝煤礦的首采工作面，設(shè)計傾向長度200 m、走向2 608 m，可采走向長度2 057 m。工作面開采2號及2-1號煤層，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較為簡單，由距1012001工作面末采區(qū)域較近K13-4號鉆孔可知，工作面末采區(qū)域2-1號煤層埋藏深度631.89 m，煤層厚度11.75 m。煤層最短自然發(fā)火期39 d，煤塵具有爆炸性，回采期間具有中等沖擊危險性。

1.1 工作面停采線位置的確定

由于工作面停采線位置為回采里程2 057 m處(帶式輸送機巷2#聯(lián)巷往外110 m)為DF26斷層影響范圍，頂板破碎、回撤通道施工支護困難。2#聯(lián)巷在X2向斜影響范圍、此段屬于具有中等沖擊危險，也不適宜布置回撤通道。同時考慮到排水、轉(zhuǎn)載機拉移需要，綜合考慮后，確定停采線位置為回采里程1 877 m處(2#聯(lián)巷往里60 m)，此時轉(zhuǎn)載機機頭剛好推移至2#聯(lián)巷口，如圖1所示。

圖1 1012001工作面停采位置示意Fig.1 Stop mining position of 1012001 working face

1.2 工作面末采回采方案

工作面停采線位置末采區(qū)域帶式輸送機巷6°34′下坡，二號回風(fēng)巷2°13′上坡；機頭標(biāo)高+473.9 m、機尾標(biāo)高+491.3 m，工作面坡度4°58′。距停采線50 m時調(diào)整機頭機尾錯距，機頭機尾同步推采，按照兩巷控制工作面層位，推采過程中做到“三直、兩平、兩暢通”，推采高度按3.8 m控制?；爻吠ǖ牢恢妹簷C下扎200～300 mm，用以回撤通道澆筑混凝土。

2 工作面末采、回撤支護方案

2.1 工作面末采期間支護方案

2.1.1 工作面末采鋪網(wǎng)方案

根據(jù)工作面支架尺寸(前梁長+頂梁長=5 685 mm、掩護梁長2 450 mm、尾梁及插板伸出總長2 440 mm、插板距巷道底板1 200 mm)、回撤通道寬度(4 500 mm)及采空區(qū)矸石埋壓長度(一般取2 000 mm)，通道煤壁高3 800 mm，確定鋪網(wǎng)長度為22 m(其中0～20 m為聚酯纖維柔性網(wǎng)，20～22 m采用8#菱形鐵絲網(wǎng))，工作面末采上網(wǎng)長度確定如圖2所示。

圖2 末采上網(wǎng)長度確定示意Fig.2 The determination of the length of the upper net at the end mining

2.1.2 工作面末采上網(wǎng)支護方案

推采至停采線前18 m處開始鋪設(shè)高強聚脂纖維柔性網(wǎng)(帶風(fēng)筒布)，規(guī)格為106 m×20 m(長×寬)，共鋪設(shè)2張，柔性網(wǎng)張開后在工作面中部搭接，搭接長度按5 m執(zhí)行。上網(wǎng)時在每架架間前梁端部施工固網(wǎng)錨桿，配合鐵托盤用于固定網(wǎng)邊和絞盤鋼絲繩，采用規(guī)格為φ22 mm×3 000 mm的螺紋鋼錨桿、間距1.75 m。緊靠固網(wǎng)錨桿鋪設(shè)一道鋼絲繩，用12#鐵絲將鋼絲繩固定在錨桿及柔性網(wǎng)上，鋼絲繩規(guī)格為φ18.5 mm、長度212 m。鋼絲繩端頭兩順槽巷道頂部各施工2根φ21.6 mm×7 300 mm錨索，將鋼絲繩端頭用鐵托板、索具和不少于三道配套繩卡固定在錨索上。上網(wǎng)后下一刀割完再施工一排錨桿加固頂網(wǎng)，錨桿規(guī)格φ22 mm×3 000 mm、間距1.75 m。錨桿支護標(biāo)準(zhǔn)為每根錨桿配K2360樹脂藥卷3支、托盤規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，錨固力按150 kN執(zhí)行，外露按10～40 mm執(zhí)行。錨索施工標(biāo)準(zhǔn)為每根錨索配Z2360樹脂藥卷4支、托盤規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，外露按200～300 mm執(zhí)行。

當(dāng)末采掛網(wǎng)推采3.2 m后，開始在架前柔性網(wǎng)下掛鋼絲繩。鋼絲繩沿工作面傾向布置，每隔800 mm布置1根。鋼絲繩規(guī)格為φ18.5 mm、長度212 m，用12#鐵絲連在柔性網(wǎng)上、1 m/扣。尾梁上共布置鋼絲繩6根。每根鋼絲繩端頭兩順槽巷道頂部及肩窩處各施工一根φ21.6 mm×7 300 mm錨索，將鋼絲繩端頭用鐵托板、索具和不少于3道配套繩卡固定在錨索上。錨索施工標(biāo)準(zhǔn)為每根錨索配Z2360樹脂藥卷4支、托盤規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，外露按200～300 mm執(zhí)行。

推采至距停采線10m時，對1～116#支架采取錨網(wǎng)索配合鋼絲繩對頂板進行支護。錨桿規(guī)格為φ22 mm×3 000 mm、間排距1 750 mm×800 mm，每架架間一根錨桿、每網(wǎng)布置一排，共施工錨桿8排。錨索規(guī)格為φ21.6 mm×7 300 mm、間排距1 750 mm×1 600 mm，每架架間一根錨索、隔網(wǎng)布置一排，共施工錨索4排。鋼絲繩沿工作面傾向布置，每隔800 mm布置一根。鋼絲繩規(guī)格為φ18.5 mm、長度212 m，用12#鐵絲連在柔性網(wǎng)上、1 m/扣。共布置鋼絲繩8根。每根鋼絲繩端頭兩順槽巷道頂部及肩窩處各施工一根φ21.6 mm×7 300 mm錨索，將鋼絲繩端頭用鐵托板、索具和不少于3道配套繩卡固定在錨索上。錨索施工標(biāo)準(zhǔn)為每根錨索配Z2360樹脂藥卷4支、托盤規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，外露按200～300 mm執(zhí)行。錨桿支護標(biāo)準(zhǔn)為每根錨桿配K2360樹脂藥卷3支、托盤規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，錨固力按150 kN執(zhí)行，外露按10～40 mm執(zhí)行。錨索支護標(biāo)準(zhǔn)為每根錨桿配Z2360樹脂藥卷4支、托盤規(guī)格300 mm×300 mm×18 mm，預(yù)緊力按250 kN執(zhí)行，外露按150～250 mm執(zhí)行。每根錨桿旁邊架設(shè)一塊200 mm×800 mm×100 mm板梁，板梁用12#鐵絲固定在頂網(wǎng)下方，用以防護支護錨桿，防止拉移支架時折斷支護錨桿。

2.2 工作面回撤通道支護方案

根據(jù)確定的停采線位置，工作面支架停止前移后，由采煤機前移自掘通道。根據(jù)工作面支架尺寸，支架底座前移2/3后緊靠鄰架進行轉(zhuǎn)向，確定最小回撤通道尺寸為2.86 m。支架轉(zhuǎn)向安全間隙1 000 mm，巷道變形影響按300 mm計算，綜合確定回撤通道寬度為4 500 mm，高度3 800 m(地坪至巷道頂板距離)，地坪厚度300 mm。

推采至距停采線4.4 m時，到回撤通道施工位置，開始施工回撤通道。此時可將支架與前部刮板輸送機推移頭斷開，采用單體支柱輔助推移，進行通道擴掘施工?；爻吠ǖ乐ёo采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，采用聚酯纖維網(wǎng)護表。錨桿規(guī)格為φ22 mm×3 000 mm、間距800 mm×800 mm，每根錨桿配K2360樹脂藥卷3支、托盤規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm，錨固力按150 kN執(zhí)行，外露按10～40 mm執(zhí)行。錨索規(guī)格為φ21.6 mm×9 300 mm、間距1 600 mm×1 600 mm、每根錨索配Z2360樹脂藥卷4支、托盤規(guī)格300 mm×300 mm×18 mm，預(yù)緊力按250 kN執(zhí)行，外露按150～250 mm執(zhí)行?；爻吠ǖ缼筒恐ёo采用錨網(wǎng)支護，錨桿規(guī)格為φ22 mm×3 000 mm、間排距800 mm×800 mm，錨桿支護標(biāo)準(zhǔn)與頂部錨桿要求一致。支架頂部及回撤通道支護斷面示意圖如圖3所示，平面示意圖如圖4所示。

圖4 支架頂部及回撤通道支護平面示意Fig.4 Support plane for the top of the support and the retreat channel

2.3 上下端頭支護方案

末采管理期間，根據(jù)停采線位置提前核算兩順槽超前支護鋼梁停止回收位置，讓鋼梁跟著超前架走，確保推采至通道位置時鋼梁剛好到達(dá)上下端頭支架頂部。下端頭鋼梁剛好架設(shè)在端頭架頂梁上部，鋼梁行人側(cè)用貼幫單體支護，里側(cè)搭接在1#支架上部。上端頭鋼梁一頭搭設(shè)在115#支架頂梁上、一頭貼煤墻打設(shè)液壓單體。從末采掛網(wǎng)開始調(diào)整上端頭過渡支架位置，將116#支架到上端頭煤壁距離按1.8～2 m控制。

2.4 超前支護調(diào)整方案

帶式輸送機巷加固錨索施工后，超前支護拆掉中間排單體，改成“一梁二柱”布置。超前支架兩側(cè)打注單體，用以拖住支架頂部鋼梁。端頭架行人側(cè)鋼梁下打注單體。

“二號回風(fēng)巷加固錨索施工后，超前支護拆除。超前支架兩側(cè)打注單體，用以拖住超前支架頂部鋼梁。待超前支架回撤后，采用“一梁二柱”單體鋼梁布置支護此段巷道頂板，改為“二號回風(fēng)巷加固錨索施工后，超前支護拆除”。超前支架兩側(cè)打注單體，用以拖住超前支架頂部鋼梁。待超前支架回撤后，采用“一梁二柱”單體鋼梁布置支護此段巷道頂板。拆掉的中間排單體打設(shè)在煤柱側(cè)單體中間，用以后期支架推移座與前溜斷開后輔助前溜前移，打設(shè)的單體防倒繩、連鎖繩全部掛好連好，防止單體傾倒傷人。”

2.5 絞車硐室支護方案

當(dāng)開始擴掘回撤通道時，在后部刮板輸送機機尾正對二回煤柱側(cè)施工絞車硐室，用以回撤時拉移后部刮板輸送機中部槽及變線槽。硐室規(guī)格為3 000 mm×4 500 mm×3 000 mm(寬×長×高)。絞車硐室全斷面掛8#鐵絲菱形網(wǎng)，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。頂板及幫部采用φ22 mm×3 000 mm螺紋鋼錨桿支護，間排距為800 mm×800 mm，每根錨桿使用3根K2360樹脂錨固劑進行錨固，錨固力不小于125 kN、外露10～40 mm，網(wǎng)茬搭接按100 mm執(zhí)行，聯(lián)網(wǎng)按100 mm/扣執(zhí)行。采用錨索對頂板進行加強支護，錨索選用φ21.6 mm×7 300 mm鋼絞線，間排距為1 600 mm×1 600 mm，每排施工錨索2根，每根錨索使用4根Z2360樹脂錨固劑進行錨固，選用18 mm×300 mm×300 mm鐵托盤，錨固力不小于250 kN、外露100～250 mm。絞車硐室支護示意圖如圖5所示。

圖5 絞車硐室支護斷面示意Fig.5 Support section of winch chamber

3 支護效果分析

回撤通道內(nèi)每隔30 m安設(shè)一組GUD300型頂板離層儀，總共安設(shè)9組(記為L1-L9)，對回撤通道頂板離層情況進行觀測。離層儀布置在回撤通道中間位置，深部錨固點固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)7 m處，淺部錨固點固定在錨桿端部深度相同的位置(3 m處)。每天安排專人查看離層變化情況，對離層區(qū)域及時采取措施、進行支護。圖6反映了回撤通道頂板不同深度巖層的變形移動情況。如圖6(a)所示，由L2號離層儀監(jiān)測結(jié)果可知，頂板巖體至3 m基點的下沉量為6 mm；頂板表面至深部的7 m基點的下沉量為21 mm，則頂板3～7 m內(nèi)巖層出現(xiàn)18 mm的離層變形量。如圖6(b)所示，由L8號離層儀監(jiān)測結(jié)果可知，頂板巖體至3 m基點的下沉量為5 mm；頂板表面至深部的7 m基點的下沉量為25 mm，則頂板3～7 m內(nèi)巖層出現(xiàn)20 mm的離層變形量。綜合結(jié)果分析，回撤通道內(nèi)頂板離層變形量較小，頂板總體穩(wěn)定，支護效果較好。

圖6 回撤通道頂板不同深度巖層的變形移動情況Fig.6 Deformation and movement of rock formations on the roof of the retreat channel

4 結(jié)論

(1)通過頂板離層儀對回撤通道內(nèi)頂板巖層變形量進行監(jiān)測，結(jié)果表明，回撤通道工作面頂板3～7 m內(nèi)巖層出現(xiàn)的離層變形量均小于20 mm，回撤通道內(nèi)頂板離層變形量較小，頂板總體穩(wěn)定，支護效果較好。

(2)通過1012001工作面末采回撤實踐，結(jié)果表明，采用鋪設(shè)高強聚脂纖維柔性網(wǎng)進行末采鋪網(wǎng)、錨網(wǎng)索配合鋼絲繩對頂板進行支護的末采上網(wǎng)支護，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護回撤通道及使用聚酯纖維網(wǎng)護表，并對上下端頭、超前支護及絞車硐室加強支護的末采回撤支護技術(shù)安全可靠。