張 超

（西山煤電集團有限責任公司馬蘭礦，山西 太原 030053）

引言

隨著礦井采掘深度的不斷延伸,上覆圍巖應力會逐步增加,導致巷道圍巖頂板破碎，如不采取有效的支護措施易發(fā)生大面積的冒落。礦井工作面在回采期間由于受到相鄰工作面的采掘擾動、頂板破碎等綜合因素影響，確?；爻吠ǖ赖膰鷰r穩(wěn)定是實現(xiàn)綜采工作面安全回采、設備安全回撤的首要問題。預掘回撤通道在一定程度上雖提升回采工作面的設備回撤效率，但是回撤通道在上覆圍巖應力和采掘擾動共同作用下易導致巷道發(fā)生嚴重變形。特別是預掘回撤通道頂板破碎時，頂板在采動壓力作用下下沉更為明顯。如何控制回撤通道圍巖變形是預掘回撤通道現(xiàn)場應用時需重點解決的問題。為此國內諸多學者開展相關研究，王新民[1]針對范家村煤礦2119 綜采工作面回采期間頂板破碎原因，設計了恒阻讓壓錨索支護技術和頂板預裂技術，有效控制回通道的頂板穩(wěn)定性，實現(xiàn)工作面的安全回撤。通過對預掘回撤通道圍巖支護技術展開研究，設計并提出錨網(wǎng)索、切頂卸壓、單體支護等多種支護方式，實現(xiàn)對預掘回撤通道頂板的有效控制。以馬蘭礦18503 綜采工作面為研究背景，針對預掘回撤通道頂板破碎問題，設計提出錨網(wǎng)索配合垛式支架的聯(lián)合支護方案，解決了回撤通道破碎頂板下沉、易冒頂?shù)碾y題。

1 礦井概況

馬蘭礦位于山西古交西南15 km，井田面積104.4 km2，設計生產能力400 萬t/a，18503 工作面現(xiàn)主要開采太原組8#煤層，煤層厚度3.2 m～4.5 m，平均厚度3.9 m；平均傾角6°；煤層頂板主要以砂質泥巖為主，巖層裂隙發(fā)育完整，且隨采隨垮。綜采工作面設計推進距離為2 600 m、斜長為227 m。綜采工作面巷道圍巖控制采用的ZT5600/21/46 型支撐掩護式液壓支架，適應3.1 m～4.9 m 的厚煤層開采，支架額定工作阻力、初撐力分別為5 600 kN，支撐高度3.5 m～4.0 m。工作面共設置液壓支架173 架，其中端頭設置5 架（ZT5600/21/46D）掩護式液壓支架，機頭3 架，機尾2 架。為了提高采面綜采設備回撤效率，在采面距離停采線50 m 以外時即通過預掘回撤通道，采掘掘進至回撤通道位置即可實現(xiàn)綜采設備回撤。由于煤層頂板巖性以破碎泥巖為主，如何實現(xiàn)回撤通道巖層穩(wěn)定是需要考慮的現(xiàn)實問題[2]。

2 回撤通道加強支護及末采采高控制技術

2.1 回撤巷道圍巖加強支護方案

在綜采工作面與停采線相距50 m 以上時，利用綜掘機掘進回撤通道及輔助措施巷。巷道掘進期間采用錨網(wǎng)索支護方式。隨著采面與回撤通道間距不斷縮小，回撤通道受到采動動壓影響更為明顯，圍巖變形量較為嚴重[3]。為此，提出使用垛式液壓支架對回撤通道進行補強加固?；爻吠ǖ谰蚺c采面相距30 m 時即采用ZDD18000/26/55 型垛式支架對回撤通道進行補強加固。垛式支架沿著回撤通道方向按照邁步式方式進行布置，沿著回撤通道掘進方向垛式支架間距為6.0 m；沿著斷面方向垛式支架間距為0.6 m，其中垛式支架與采面幫、停采煤柱幫間距分別控制為0.5 m、0.6 m。在采面回撤通道與回采巷道交叉位置，布置垛式支架對圍巖進行補強加固。綜采工作面回撤通道加強支護示意圖，如下頁圖1 所示。

圖1 綜采工作面回撤通道加強支護示意圖

2.2 末采期間采高控制

在18503 工作面末采期間應采取合理的采高控制技術，確保貫通底板的平整，避免產生臺階，回采期間采高的合理控制技術主要為：在采面與回撤通道間距30 m 以上時，對采面以及回撤通道高度每隔10 m進行一次測量，并根據(jù)側量數(shù)據(jù)技術采用抬、臥刀方式調整采高；在采面與回撤通道間距30 m 時，在回撤通道內距離底板1.6 m 位置施工按照20 m 間距施工定向鉆孔，鉆孔孔深20 m。在鉆孔內插入白色PVC 管用以指導采高控制。當采面回采揭露鉆孔后，可根據(jù)揭露鉆孔情況對采高以及底板標高進行調整；采面回采期間周期來壓、超前支承壓力會降低采面以及回撤通道高度。為確保采面與回撤通道平穩(wěn)貫通，在采面末采期間應確保采高在3.7 m 以上。在采面與回撤通道間距50 m 時，即對礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行分析，并根據(jù)礦壓分析結果采取等壓、讓壓措施，避免與回撤通道交匯時出現(xiàn)周期來壓[4]。

3 頂板運動及礦壓監(jiān)測結果分析

頂板受回采工作面超前支承應力的作用，會產生明顯運動，而頂板下沉是礦壓顯現(xiàn)的主要形式。對于頂板下沉量的監(jiān)測往往通過對支架活柱下縮量的變化來進行分析[5]。馬蘭礦在18503 工作面推進至回撤通道15 m 時對礦壓進行監(jiān)測。待頂板充分冒落、支架頂梁上掛網(wǎng)結束后，采面快速推進并與回撤通道貫通。通過采取讓壓措施可避免采面與回撤通道貫通時出現(xiàn)頂板來壓。在回撤通道掘進完成以及垛施支架安裝完畢后，對垛式支架活柱的高度伸縮量進行監(jiān)測，以便對圍巖控制效果以及采面末采期間采高控制提供指導。具體監(jiān)測期間獲取到的垛式支架高度下降監(jiān)測結果，如圖2 所示。

由圖2 可知，采面與回撤通道相距10 m 時，監(jiān)測回撤通道頂板無下沉。采面與回撤通道間距在5 m時，回撤通道頂板開始逐漸下沉，下沉速度平均為65mm/d；采面與回撤通道間距縮小至15 m～20 m 時，回撤通道下沉速度最大，此階段下沉速度平均為120 mm/d；采面與回撤通道間距在20 m～25 m 時，回撤通道頂板下沉量速度最大，平均為650 mm/d；采面與回撤通道間距在25 m～30 m 時，回撤通道頂板下沉速度有所減低，平均為400 mm/d。采面與回撤通道貫通后，回側通道頂板仍有一定下沉，但下沉量明顯降低。監(jiān)測期間回撤通道下沉量累積為350 mm。

圖2 垛式支架高度下降監(jiān)測結果

從回撤通道垛式液壓支架下降高度監(jiān)測結果看出，文中所提回撤通道補強加固方式可滿足回撤通道破碎頂板控制需要，為后續(xù)綜采設備快速、安全回撤創(chuàng)造良好條件[6]。

4 結語

破碎頂板節(jié)理裂隙發(fā)育完整，巖層強度低、整體性差、穩(wěn)定性低，增加工作面的支護難度。如不采取有效的支護形式，易使碎頂板發(fā)生大面積冒頂。馬蘭礦為保證18503 工作面的安全回采，設計采用ZDD 18000/26/55 型垛式支架對回撤通道頂板進行補強加固，工作面與回撤通道一次性貫通收尾，加快工作面收尾速度，全力提高回撤效率；通過讓壓方式避免采面與回撤通道貫通期間出現(xiàn)頂板來壓，提高工作面收尾安全系數(shù)。現(xiàn)場實踐效果良好，經(jīng)監(jiān)測加強支護后回撤通道頂板下沉量累積為350 mm，下沉量在穩(wěn)定范圍內。通過采用垛式支架加強支護實現(xiàn)了回撤通道的安全貫通，同時采用的垛式支架可重復使用，替代傳統(tǒng)的木垛支護方式，減少支護木材的使用，減輕勞動強度，有效降低生產成本。