綜采工作面末采期間回撤通道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及巖層控制研究

朱家勝

（1.中國神華神東煤炭集團(tuán) 補(bǔ)連塔煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

綜采工作面末采期間回撤通道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及巖層控制研究

朱家勝

（1.中國神華神東煤炭集團(tuán) 補(bǔ)連塔煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

通過理論分析和現(xiàn)場觀測，研究了補(bǔ)連塔煤礦采用輔巷多通道的回撤方式進(jìn)行搬家倒面的礦壓特征規(guī)律，介紹了綜采工作面輔巷多通道主回撤區(qū)巖層控制的基本對(duì)策--主動(dòng)支護(hù)和被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合，其中主動(dòng)支護(hù)采用錨桿、錨索、網(wǎng)片等頂板加固來提高圍巖自承能力的方法。這一研究成果可給同類條件下的礦井提供參考。

綜采工作面；回撤通道；礦壓顯現(xiàn)；巖層控制

1 概述

補(bǔ)連塔煤礦采用輔巷多通道的回撤方式進(jìn)行搬家倒面工作（此種方法在神東礦區(qū)廣泛使用），取得良好效果，工作進(jìn)度快、費(fèi)用低，促進(jìn)礦井高產(chǎn)高效。補(bǔ)連塔煤礦12號(hào)煤頂?shù)装澹瑢儆谲浫鯉r層，受采動(dòng)影響頂板極易破碎垮落、控制困難，嚴(yán)重制約著設(shè)備回撤工作，增加了搬家倒面的費(fèi)用和施工的危險(xiǎn)性[1-5]。對(duì)此，采取了頂板注漿加固和液壓支架等措施，對(duì)回撤通道頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；但12403工作面設(shè)備回撤的現(xiàn)場工作表明，搬家過程中存在著影響施工進(jìn)程的困難。例如：煤壁片幫嚴(yán)重、單體液壓支柱損壞較多，導(dǎo)致搬家倒面進(jìn)展緩慢，影響著礦井的正常接續(xù)生產(chǎn)和高產(chǎn)高效礦井建設(shè)[6-7]。

針對(duì)補(bǔ)連塔煤礦頂板條件對(duì)設(shè)備回撤帶來的困難，開展本項(xiàng)目研究時(shí)，采用現(xiàn)場監(jiān)測和理論分析方法，探討工作面收尾階段頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律及主回撤通道圍巖變形特征，進(jìn)行頂板結(jié)構(gòu)特征和支架-圍巖關(guān)系研究。主要研究內(nèi)容：回撤期間工作面頂板運(yùn)動(dòng)特征及巖層運(yùn)動(dòng)引起的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；收尾階段采煤工藝對(duì)回撤通道礦壓顯現(xiàn)的影響；設(shè)備回撤過程中工作面和主回撤通道內(nèi)巖層運(yùn)動(dòng)、頂板結(jié)構(gòu)和礦壓顯現(xiàn)特征；主回撤通道圍巖控制優(yōu)化。

2 礦壓觀測

2.1 收尾階段工作面頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律及礦壓顯現(xiàn)

12403工作面采用液壓支架，其左、右立柱上均裝壓力傳感器，數(shù)值可動(dòng)態(tài)顯示在PM32上，經(jīng)網(wǎng)線將支架PM32上顯示的數(shù)據(jù)傳送到地面，用專業(yè)的支架數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件，可把采煤機(jī)割煤曲線和頂板載荷數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)直觀地顯示在電腦屏幕上，距離200m時(shí)開始對(duì)支架壓力進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測，監(jiān)測工作直到與主回撤通道貫通后結(jié)束。

工作面直接頂厚度約5m，基本頂厚度約20m，周期來壓步距9.8m～14.9m，平均為12.4m；老頂周期來壓時(shí)，支架平均工作阻力約9 000 kN；頂板明顯運(yùn)動(dòng)前支架工作阻力平均約7 200 kN；工作面推進(jìn)過程中有明顯片幫，高度方向主要集中在煤壁中上部，機(jī)頭部片幫較輕。采場直接頂類別為Ⅱ類，即不穩(wěn)定頂板；基本頂為Ⅵ級(jí)，即來壓非常強(qiáng)烈。

2.2 回撤通道頂板運(yùn)動(dòng)特征及礦壓顯現(xiàn)

主回撤通道5個(gè)聯(lián)巷垛式支架分別布置1個(gè)測區(qū)，并對(duì)5個(gè)聯(lián)巷附近支架進(jìn)行活柱下縮量的監(jiān)測，還對(duì)片幫、頂板冒落、頂板淋水等宏觀礦壓顯現(xiàn)的觀測。監(jiān)測工作從工作面距主回撤通道約14m開始，至支架被撤出并封閉采空區(qū)結(jié)束。

1)主回撤通道頂板受采動(dòng)影響較大，頂板縱向超前破裂和層間錯(cuò)動(dòng)、頂板整體下沉，正幫和副幫煤壁片幫嚴(yán)重；聯(lián)絡(luò)巷局部有煤壁片幫，輔回撤通道局部有煤壁片幫。

2)采動(dòng)對(duì)回撤通道的影響分為：采動(dòng)影響相對(duì)穩(wěn)定階段、采動(dòng)影響突變階段、采動(dòng)影響顯著階段。

工作面處于主回撤通道前方約11m時(shí)，采動(dòng)對(duì)回撤通道影響不明顯。頂板下沉量約5.1mm-21.2 mm；垛式支架工作阻力一般為5 000 kN，基本處于初撐狀態(tài),巷道煤壁片幫不明顯。

工作面處于主回撤通道前11m～4m時(shí)，采動(dòng)對(duì)通道影響產(chǎn)生增大突變。支架工作阻力增至8 000 kN～9 800 kN，頂板下沉總量達(dá)168mm～384mm。主回撤通道副幫片幫嚴(yán)重，最大達(dá)800mm，正幫片幫明顯增加，此時(shí)前方頂板和煤體的破裂處于最活躍時(shí)期。

工作面處于主回撤通道前方4m～0m時(shí)，采動(dòng)對(duì)通道的影響處于最強(qiáng)烈階段。支架工作阻力處于最高狀態(tài)約10 000 kN，頂板下沉量總量線性升至500mm左右。此時(shí)煤壁片幫嚴(yán)重，幾乎沒有成形的煤壁，單體折損數(shù)量增加，兩幫支護(hù)處于半失效狀態(tài)，頂板和煤體的破裂運(yùn)動(dòng)趨于平穩(wěn)。

3)工作面貫通后，圍巖變形持續(xù)增加：支架壓力處于最大阻力，并保持恒定阻力，頂板下沉量繼續(xù)線性增到722mm左右，回撤期間頂板下沉增量為163mm～280mm；煤壁片幫繼續(xù)加劇；局部導(dǎo)致支架無法回撤。

3 支護(hù)方案

根據(jù)礦壓實(shí)測，采用礦壓理論和數(shù)值模擬定量分析后，揭示了綜采工作面輔巷多通道主回撤區(qū)巖層控制的基本對(duì)策：主回撤通道支護(hù)基本對(duì)策是主動(dòng)支護(hù)和被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合。其中，主動(dòng)支護(hù)采用錨桿、錨索、網(wǎng)片等頂板加固來提高圍巖自承能力的方法，可以增加頂板整體性和剛度，是回撤區(qū)域圍巖控制的基礎(chǔ)，可以防止巖層的切頂和冒落。被動(dòng)支護(hù)主要是主回撤通道區(qū)域內(nèi)采取垛式支架等方法，即頂板采用錨桿（Φ18mm×2 100mm）+錨索（Φ17.8mm×8000mm）+W鋼帶、副幫錨桿+局部頂板加注馬麗散，或頂板錨桿+錨索+W鋼帶、副幫錨桿+錨索+W鋼帶。

主回撤通道區(qū)內(nèi)頂板壓力計(jì)算模型，按照最危險(xiǎn)工況，頂板壓力（P1）由直接頂和基本頂巖層產(chǎn)生，計(jì)算得到沿主回撤通道軸向方向頂板壓力為8 620 kN/m。

同時(shí)輔助以阻力為10 000 kN的垛式支架。12403工作面被動(dòng)支護(hù)形式和參數(shù)為：10 000 kN垛式支架+排距750mm單體支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度9520 kN/m，大于頂板壓力8 620 kN/m，頂板破碎，空頂效果差。

建議被動(dòng)支護(hù)形式和參數(shù)：采用12000 kN的垛式支架，支護(hù)強(qiáng)度要大于頂板壓力，取消主回撤通道內(nèi)單體數(shù)量。對(duì)應(yīng)的主動(dòng)支護(hù)頂板采用錨索+礦用11號(hào)工字鋼+副幫錨索；或采用10 000 kN的垛式支架，主動(dòng)支護(hù)采用錨索+W鋼帶+局部注馬麗散。

4 結(jié)束語

采用現(xiàn)場監(jiān)測和理論分析方法，對(duì)補(bǔ)連塔煤礦設(shè)備回撤礦壓規(guī)律和支護(hù)的研究，得出了該圍巖條件下補(bǔ)連塔煤礦12403工作面收尾階段工作面頂板運(yùn)動(dòng)和冒落特征，提出了該煤礦工作面收尾采取合適的回采工藝和設(shè)備回撤巖層控制技術(shù)及措施。

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[3] 牛少卿，楊雙鎖，王志剛，寇永嘉.非均勻水平應(yīng)力場中井壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，26(3):60-63.

[4] 王思紅，牛少卿，寇永嘉.松軟破碎硐室群圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析[J].山西煤炭，2010，30(7):40-42.

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[6] 楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討[J].煤炭學(xué)報(bào)，2001，35(11):1842-1853.

[7] 楊雙鎖，曹建平.錨桿受力演變機(jī)理及其與合理錨固長度的相關(guān)性[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010，27(1):1-7.

Strata Behavior and Control of Retreating Channels in Fully-mechanized W orking Face during the Last M ining Phase

ZHU Jia-sheng

(Bulianta Mine,Shenhua Shendong Coal Group,Ordos City Inner Mongolia 017209)

By theoretic analysis and field observation,the study focuses on strata behavior characteristics in the process of equipment removal with auxiliary multi-channel retreating and introduces strata controlmeasures for themain retreating area:combination of active support and passive support.The active support adopts anchors,cables,and meshes to reinforce roofs in order to increase the self-supporting capability of surrounding rocks.The study can be used in othermineswith similar conditions.

fully-mechanized working face;retreating channel;strata behavior;strata control

TD353

A

1672-5050（2011）09-0027-03

2011-04-12

朱家勝（1976—），男，內(nèi)蒙古察右中旗人，碩士，從事礦山壓力與巖石力學(xué)研究。

劉新光