顶板破碎工作面预掘回撤通道围岩支护技术研究

2022-01-27裴浩

机械管理开发 2021年12期

裴浩

（山西汾西正佳煤业有限责任公司，山西临汾 041300）

引言

回撤通道是实现综采回撤的通道，确保回撤通道围岩稳定是采面末采及设备回撤期间需要重点解决的问题[1-2]。预掘回撤通道虽然可提高综采设备回撤效率，但是回撤通道会在采动压力作用下出现较大变形，因此如何控制回撤通道围岩变形是预掘回撤通道现场应用时需重点解决的问题[3-5]。特别是预掘回撤通道顶板破碎时，顶板在采动压力作用下下沉更为明显。众多的科研学者对预掘回撤通道围岩支护技术展开研究，并提出锚网索、切顶卸压、单体支护等多种支护方式，为预掘回撤通道顶板控制创造良好条件[6-7]。文中以山西某矿80505 综采工作面为工程研究对象，针对预掘回撤通道顶板破碎问题，提出在常规锚索网支护基础上，使用垛式液压支架进行补强，以有效控制了破碎顶板下沉。

1 工程概况

山西某矿现阶段主要5 号煤层，煤层顶板以砂质泥岩为主，岩层裂隙发育且随采随垮。80505 综采工作面开采5 号煤层，采面设计推进距离为2 690 m、斜长为279.6 m，回采范围内煤层厚度平均4.2 m、倾角6°，埋深360 m。采面围岩控制使用的支架型号为ZY11000/25/50D, 额定工作阻力、初撑力分别为11 000 kN、7 912 kN，支撑程度介于2.5～5.0 m。采面机头以及机尾分别布置3 台、4 台型号为ZTY11000/25/50D 掩护式液压支架，端头位置分别布置2 架型号为ZYG11000/25/50D 过渡支架。

为了提高采面综采设备回撤效率，在采面距离停采线50 m 以外时即通过预掘回撤通道，采掘掘进至回撤通道位置即可实现综采设备回撤。由于煤层顶板岩性以破碎泥岩为主，如何实现回撤通道岩层稳定是需要考虑的现实问题。

2 回撤通道围岩支护及采面末采采高控制技术

2.1 回撤通道围岩补强加固

在采面与停采线相距50 m 以上时，采用综掘机掘进回撤通道。巷道掘进期间采用锚网索支护方式。随着采面与回撤通道间距不断缩小，回撤通道受到采动动压影响更为明显，围岩变形量较为严重。为此，提出使用垛式液压支架对回撤通道进行补强加固。

回撤通道掘与采面相距30 m 时即采用0/25/50垛式液压支架对回撤通道进行补强加固。垛式支架沿着回撤通道方向按照迈步式方式进行布置，沿着回撤通道掘进方向垛式支架间距为6.0 m；沿着断面方向垛式支架间距为0.6 m，其中垛式支架与采面帮、停采煤柱帮间距分别控制为0.5 m、0.6 m。在采面回撤通道与回采巷道交叉位置，布置垛式支架对围岩进行补强加固。具体采面回撤通道补强支护见图1所示。

图1 采面回撤通道补强支护示意图

2.2 采面末采采高控制技术

在采面末采期间应采取采高控制措施避免采面与回撤通道间出现错台，具体采用的采高控制措施为：

1）在采面与回撤通道间距30 m 以上时，对采面以及回撤通道高度每隔10 m 进行一次测量，并根据侧量数据技术采用抬、卧刀方式调整采高。

2）在采面与回撤通道间距30 m 时，在回撤通道内距离底板1.6 m 位置施工按照20 m 间距施工定向钻孔，钻孔孔深20 m。在钻孔内插入白色PVC 管用以指导采高控制。当采面回采揭露钻孔后，可根据揭露钻孔情况对采高以及底板标高进行调整。

3）采面回采期间周期来压、超前支承压力会降低采面以及回撤通道高度。为确保采面与回撤通道平稳贯通，在采面末采期间应确保采高在3.7 m 以上。

4）在采面与回撤通道间距50 m 时，即对矿压显现规律进行分析，并根据矿压分析结果采取等压、让压措施，避免与回撤通道交汇时出现周期来压。

3 回撤通道顶板下沉量分析

根据采面矿压监测结果，在80505 综采工作面与回采通道相距12 m 时采用等压措施。待顶板充分冒落、支架顶梁上挂网结束后，采面快速推进并与回撤通道贯通。通过采取让压措施可避免采面与回撤通道贯通时出现顶板来压。

在回撤通道掘进完成以及垛施支架安装完毕后，对垛式支架高度进行监测，以便对围岩控制效果以及采面末采期间采高控制提供指导。具体监测期间获取到的垛式支架高度下降监测结果见图2 所示。

图2 垛式支架高度下降监测结果

从图中看出，采面与回撤通道相距12 m 以上时，回撤通道顶板几乎无下沉。采面与回撤通道间距在12.0～4.0 m 时，回撤通道顶板开始逐渐下沉，下沉速度平均为80 mm/d；采面与回撤通道间距缩小至4.0～2.0 m 时，回撤通道下沉速度最大，此阶段下沉速度平均为130 mm/d；采面与回撤通道间距在2.0～1.0 m 时，回撤通道顶板下沉量速度最大，平均为780 mm/d；采面与回撤通道间距在1.0～0 m 时，回撤通道顶板下沉速度有所减低，平均为550 mm/d。采面与回撤通道贯通后，回侧通道顶板仍有一定下沉，但下沉量明显降低。监测期间回撤通道下沉量累积为400 mm。

从回撤通道垛式液压支架下降高度监测结果看出，文中所提回撤通道补强加固方式可满足回撤通道破碎顶板控制需要，为后续综采设备快速、安全回撤创造良好条件。