厚煤层综放工作面回撤通道支护实践
时间：2023-02-25 22:20:04 来源：千叶帆 本文已影响人
樊剑波
(陕西麟北煤业开发有限责任公司，陕西 宝鸡 721505)
综采工作面设备回撤是煤矿生产的重要环节，安全、有效的回撤通道支护技术是保证设备顺利回撤的关键[13]。综采工作面回撤通道受采动超前应力影响，易发生围岩变形而造成压架、冒顶事故，严重影响工作面的搬家回撤效率[48]。复杂地质条件下的回撤通道支护技术需合理确定回撤通道位置、结构尺寸等参数，以保证围岩稳定，同时满足支护强度和安全回撤的需要。同时，采用采煤机扩掘回撤通道，扩掘速度快，工艺简单，简化了人工打眼放炮的环节，安全效益显著[914]。为此，以园子沟煤矿首采综放工作面回撤通道为工程背景，采用现场实勘、理论联系实践、地质灾害分析评价相结合的综合研究方法，以回撤通道位置选取、通道结构尺寸、支护参数及周期来压等地质灾害影响为重点，研究了回撤通道围岩变形破坏机理和应力分布规律，提出了回撤通道设计支护方案，并进行了现场实践。
1.1 工程概况
1012001工作面为永陇矿区园子沟煤矿首采综放工作面，工作面倾向长度200 m，东西走向长度2 618 m，可采长度1 877 m。煤层平均厚度10.37 m，回采高度3.5 m，放煤高度6.8 m，煤层倾角1°～10°，沿工作面东西走向总体呈“W”型波浪起伏状。工作面开采2号煤层，煤层赋存稳定，结构较为简单。煤层自燃发火期39 d，煤尘具有爆炸性，回采期间具有中等冲击危险性，具体顶底板特征见表1。
表1 1012001工作面煤层顶底板情况
1.2 地质特征分析
1012001工作面2号煤层埋藏深度712～827 m，具有深部高应力煤岩体的受力环境。煤层老顶为细粒砂岩，深灰色，细粒砂状结构，属于半坚硬易冒落型；
直接顶砂质泥岩，灰褐色，断面平滑，易风化成薄片状，含植物化石；
伪顶泥岩、碳质泥岩、泥岩胶结结构，含碳量高，薄层状，煤层结构简单，一般含1～2层夹矸，赋存较为稳定，含矸厚度0.1～0.6 m，岩性均为泥岩或粉砂岩为主；
煤层底板为铝土质泥岩，遇水易膨胀、底鼓；
直接底碳质泥岩、铝土质泥岩，深灰色，薄层状及鳞片状，泥质结构，遇水易变软膨胀，属于典型的三软地层。2号煤层采高3.5 m，放顶煤高度6.8 m，采放比1∶2，回采作业引起应力运动剧烈，根据工作面回采期间矿压监测数据及现场观测综合分析，工作面老顶周期来压步距为15.2 m，直接顶周期来压步距为6.8 m。回采过程中直接充水含水层为侏罗系延安组、直罗组砂岩裂隙含水层，其富水性弱，裂隙发育，预计1012001工作面正常涌水量175 m3/h，最大涌水量230 m3/h。2号煤层回采期间具有中等冲击地压危险，回采期间工作面采用φ42 mm钻孔进行钻屑法监测预警，冲击地压治理采用大直径φ153 mm钻孔卸压作为常规治理措施，以煤层注水、高压水预裂作为补充卸压措施。矿井相对瓦斯涌出量为49.73 m3/t，绝对瓦斯涌出量为20.17 m3/min，属高瓦斯矿井。根据1012001工作面配套的MG750/1760-WD型滚筒式无链电牵引采煤机、ZF16000/23/42型放顶煤液压支架及WC55(E)多功能铲运车参数，并模拟支架回撤工序，得出回撤通道尺寸为4 500 mm×3 800 mm(宽×高)。
2.1 回撤通道位置
回撤通道应当避开DF26断层、X2向斜构造影响。为确保回撤通道顶板稳定性，距停采线20 m范围，采用一次采全高，不放顶煤的回采工艺。回撤通道与系统大巷要留设护巷保护煤柱，确保回撤后采区系统大巷围岩稳定。回撤通道位置应当避开应力集中区域，防止不合理开采导致冲击地压事故发生。具体位置平面图如图1所示。
图1 回撤通道位置确定平面图Fig.1 Plan for determining the location of the retreat channel
2.2 回撤通道结构尺寸
根据1012001综放工作面设备参数及回撤工艺要求可知，回撤通道宽度、高度必须满足液压支架回撤、运输需要，根据ZF16000/23/42综放液压支架顶梁长度5 685 mm，降架后最低高度2 500 mm，机采高度3 500 mm，同时考虑支架转向空间、巷道来压变形及运输安全间隙等因素，综合确定回撤通道宽度为4 500 mm，高度3 800 m，浇筑300 mm厚混凝土地坪，净高保证3 500 mm。回撤通道结构尺寸断面图如图2所示。
图2 回撤通道结构尺寸断面图Fig.2 Cross-sectional view of the structure and dimensions of the retreat channel
3.1 支架顶部支护
推采距停采线18 m时，开始铺设高强聚脂纤维柔性网，用于回撤期间支架顶部支护。铺网时在每架前梁端部施工固网锚杆，紧靠固网锚杆铺设一道φ21.5mm钢丝绳，采用12号铁丝将钢丝绳固定在锚杆及网子上，钢丝绳端头两顺槽固定在巷道顶部锚索上，便于采空区压网严实可靠。铺网后，每推采一刀，在支架顶梁前端，施工一排锚杆，锚杆采用φ22 mm×3 000 mm螺纹钢锚杆，间排距1 750 mm×800 mm，锚杆托盘选用Q500钢材，规格150 mm×150 mm×10 mm，每根锚杆配3支Z2360树脂药卷，锚固力不小于125 kN。当铺网推采至3 200 mm时，开始在架前柔性网下铺设φ21.5 mm钢丝绳，钢丝绳沿工作面倾向布置，每隔800 mm铺设1根，采用12号铁丝绑扎在柔性网下面，钢丝绳端头两顺槽巷道顶部锚索上，钢丝绳共铺设14道，钢丝绳覆盖支架尾部掩护梁、顶梁范围，用于支架撤出后，支架上部岩层支托。支架顶梁上部除锚杆支护外，采用锚索配合钢丝绳对顶板进行加强支护。锚索采用规格为φ21.6 mm×7 300 mm的七芯钢绞线，间排距1 750 mm×1 600 mm，锚索托盘选用Q500钢材，规格300 mm×300 mm×18 mm，每根锚索配4支Z2360树脂药卷，锚固力不小于250 kN。
3.2 回撤通道支护
推采至距停采线4 500 mm时，开始施工回撤通道，回撤通道宽度4 500 mm，净高度3 500 mm。回撤通道采用采煤机扩掘，底板卧底300 mm，便于回撤前通道地坪浇筑施工。回撤通道顶部采用锚网索联合支护，锚杆采用φ22 mm×3 000 mm螺纹钢锚杆，间排距800 mm×800 mm，锚杆托盘选用Q500钢材，规格150 mm×150 mm×10 mm，每根锚杆配3支Z2360树脂药卷，锚固力不小于125 kN。锚索采用φ21.6 mm×9 300 mm七芯钢绞线，间排距1 600 mm×1 600 mm，锚索托盘选用Q500钢材，规格300 mm×300 mm×18 mm，每根锚索配4支Z2360树脂药卷，锚固力不小于250 kN。帮部采用锚网支护，网片选用8#菱形铁丝网，锚杆参数与顶部相同。支架顶部及回撤通道支护断面如图3所示。
图3 支架顶部及回撤通道支护断面图Fig.3 The top of the bracket and the support section of the retreat channel
(1)根据永陇矿区厚煤层回撤通道支护设计及现场应用，发现回撤通道围岩变形量和破坏范围远大于其他回采巷道。因此，回撤通道位置的选取要避开周期来压、地质构造及应力集中区域。
(2)在回撤通道围岩变形破坏机理和应力演化规律研究的基础上，讨论了回撤通道位置选取、支护方案，并对末采阶段采高控制、放顶煤及端头强制放顶等矿压控制措施进行了分析。
(3)通过厚煤层综放工作面末采回撤工艺研究，末采段采用锚(杆)索+钢丝绳联合支护方式，并在园子沟煤矿首采综放工作面回撤通道进行了应用，取得了安全、快速的施工效果。
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