辛置煤礦2-208工作面末采礦壓與回撤通道圍巖控制技術(shù)研究

王保明

（霍州煤電集團(tuán)云廈建筑工程有限公司白龍礦建分公司，山西 霍州 031400）

1 工程概況

霍州煤電辛置煤礦2-208 工作面位于二采區(qū)310 水平，工作面主采2#煤層，煤層均厚4.5m，平均傾角4°。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定可采，平均含有兩層夾矸。煤層上方直接頂為砂質(zhì)泥巖，均厚3.0m；基本頂為K8 中細(xì)砂巖，均厚7.2m；直接底為泥巖，均厚4.5m；基本底為中砂巖，均厚為6.5m。2-208 工作面采用一次采全高的采煤工藝，平均采高為4.5m，采用雙回撤通道系統(tǒng)，主回撤通道寬×高=5.9m×4.5m，輔助回撤通道寬×高=5.5m×4.2m，兩回撤通道間的煤柱寬度為20m。

2 工作面末采礦壓控制技術(shù)

2.1 停采讓壓技術(shù)

綜采工作面的回采速度對(duì)工作面的來(lái)壓規(guī)律會(huì)產(chǎn)生較大程度的影響，隨著回采速度的提升，會(huì)使得基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距隨之增大。所謂停采讓壓即為在綜采工作面的末采階段，通過(guò)改變工作面的回采速度，在回撤通道與工作面貫通前合理的位置處停采，通過(guò)改變回采速度來(lái)控制工作面基本頂與回撤通道貫通前的最后來(lái)壓[1-2]，具體停采讓壓的方式如圖1 所示。

圖1 停采讓壓技術(shù)示意圖

通過(guò)具體調(diào)整工作面的回采速度和停采抗壓方案，可以有效地減小基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距。在停采讓壓技術(shù)中，確定停采位置尤為重要，合理的停采讓壓位置需考慮到讓壓間隔煤柱的穩(wěn)定性和工作面末采階段的礦壓規(guī)律[3-4]。讓壓間隔煤柱寬度的確定公式如下：

D≥lc

式中：

km-煤柱穩(wěn)定性系數(shù)，取為1.2；

R1、R2-分別為工作面煤壁塑性區(qū)的寬度和回撤通道回采幫塑性區(qū)的寬度，m；

lc-基本頂來(lái)壓的持續(xù)長(zhǎng)度，m。

讓壓間隔煤柱的最小寬度應(yīng)同時(shí)滿足式（1）的表達(dá)式，實(shí)際應(yīng)用時(shí)取滿足上式的最大值。

2.2 末采礦壓控制措施

根據(jù)2-208 綜采工作面的具體情況，為保證2-208 工作面在末采階段的安全回采，在2-208 工作面采用以下技術(shù)措施：

（1）在工作面推進(jìn)至與回撤通道間的距離為200m 時(shí)，對(duì)工作面內(nèi)的采煤機(jī)及液壓支架進(jìn)行檢修，以保證能夠提供設(shè)計(jì)所需的勻速回采要求和合理的支護(hù)強(qiáng)度。

（2）當(dāng)工作面推進(jìn)至與回撤通道間的距離為100~200m 之間時(shí)，每推進(jìn)50m 對(duì)基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓規(guī)律進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。當(dāng)分析到基本頂?shù)南麓螖嗔盐恢锰幱诓焕恢脮r(shí)，應(yīng)及時(shí)通過(guò)調(diào)整回采速度或高度來(lái)干預(yù)基本頂?shù)南麓螖嗔盐恢谩?/p>

（3）當(dāng)工作面回采至與回撤通道間的距離為50~100m 時(shí)，進(jìn)一步縮短對(duì)基本頂周期來(lái)壓情況分析與預(yù)測(cè)的步距，每25m 進(jìn)行一次分析；當(dāng)工作面推進(jìn)至與回撤通道間距小于50m 時(shí)，應(yīng)每日都對(duì)基本頂?shù)膩?lái)壓規(guī)律進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整礦壓控制措施。

（4）在工作面推進(jìn)至設(shè)計(jì)停采位置時(shí)，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及礦壓顯現(xiàn)的具體情況對(duì)不同頂板的破壞方式采取相對(duì)應(yīng)的措施，保證工作面與回撤通道貫通時(shí)的穩(wěn)定。

3 回撤通道圍巖控制技術(shù)

3.1 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）垛式支架支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)同采區(qū)相鄰工作面回撤時(shí)回撤通道圍巖變形量及圍巖應(yīng)力的監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在回撤通道中部100~300m 的位置處巷道圍巖的變形量比靠近回采順槽兩端位置處圍巖的變形量更大。相對(duì)靠近實(shí)體煤幫一側(cè)的頂板的下沉量，靠近回采幫的圍巖頂板變形量較大，回撤通道實(shí)體煤幫圍巖深部的位移范圍至少為3~4m。根據(jù)工作面頂板變形量大的特征，在工作面末采階段提高支架的初撐力，加強(qiáng)末采階段的支架管理，提高錨桿（索）的支護(hù)強(qiáng)度，并根據(jù)幫部的變形特征相應(yīng)地提高回撤通道實(shí)體煤幫的支護(hù)強(qiáng)度。

根據(jù)2-208 工作面回撤通道的礦壓規(guī)律和頂板結(jié)構(gòu)特征，能夠計(jì)算出工作面與回撤通道貫通后每米垛式支架的工作阻力為7373kN/m。根據(jù)回撤通道4.5m 的高度選用型號(hào)為ZD18000/25/50 的垛式支架，該支架能夠提供的工作阻力為12165kN，初撐力為9072kN，滿足支護(hù)強(qiáng)度要求。具體垛式支架的布置方式如下：① 在主回撤通道內(nèi)部全面采用上述型號(hào)的垛式支架；② 在主回撤通道與各聯(lián)絡(luò)巷交叉點(diǎn)的位置處布置11 臺(tái)支架；③ 在主回撤通道靠工作面?zhèn)?2m 內(nèi)布置2 臺(tái)垛式支架，靠近煤柱側(cè)布置4 臺(tái)，外側(cè)開進(jìn)順槽部分布置3 臺(tái)，主回撤通道靠近工作面12m 范圍布置2 臺(tái)；④ 聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)布置2 臺(tái)垛式支架。共布置99 臺(tái)垛式支架。具體垛式支架的布置方式如圖3 所示。

圖2 主回撤通道垛式支架支護(hù)示意圖

（2）錨桿（索）支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)2-208 同采區(qū)相鄰工作面及相近礦區(qū)的實(shí)測(cè)與理論分析數(shù)據(jù)，回撤通道圍巖頂板及兩幫破壞區(qū)深度分別為1.7m 和0.93m。基于此，確定頂板錨桿采用型號(hào)為Φ18mm×2400mm 的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨固長(zhǎng)度為2.4m，間排距為1000mm×1000mm；根據(jù)幫部破壞程度較大的特征，確定幫部錨桿采用Φ18mm×2200mm的玻璃鋼錨桿，錨固長(zhǎng)度為2.2m，間排距為800mm×1000mm，預(yù)緊力不小于50kN；頂板錨索采用Φ18mm×7300mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距為1900mm×2000mm，錨索預(yù)緊力不小于130kN，錨固長(zhǎng)度為1200mm；采用Φ16mm圓鋼焊制的托梁與金屬網(wǎng)結(jié)合進(jìn)行護(hù)幫護(hù)頂，托梁排距為1000mm，并安設(shè)尺寸長(zhǎng)×寬×厚=5200×250×4mm 的鋼帶。具體主回撤通道的支護(hù)形式如圖3 所示。

圖3 主回撤通道內(nèi)錨網(wǎng)索支護(hù)斷面圖

3.2 貫通前停采讓壓位置確定

根據(jù)2-208 工作面末采階段在距離設(shè)計(jì)停采線位置25~218m 范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)30、90 和150 號(hào)支架進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得出工作面在末采階段推進(jìn)193m 時(shí)基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓判據(jù)及來(lái)壓情況統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 基本頂周期來(lái)壓判據(jù)及情況統(tǒng)計(jì)

通過(guò)具體分析表1 可知，在工作面末采階段與回撤通道距離25~218m 的范圍內(nèi)，基本頂共計(jì)出現(xiàn)9 次來(lái)壓現(xiàn)象。其中30#、90#及150#支架的平均周期來(lái)壓步距分別為21.6m、20.8m 和20.9m。通過(guò)進(jìn)行數(shù)值模擬可知基本頂最后一次合理周期來(lái)壓應(yīng)在距離回撤通道6.5m 的位置處。根據(jù)式（1）可知工作面停采時(shí)讓壓間隔煤柱寬度應(yīng)大于6.5m，另外根據(jù)相關(guān)公式能夠計(jì)算得出基本頂?shù)某捌茢嗑嚯x為6.3m。基于此綜合確定2-208 工作面回采至與主回撤通道間隔13m 時(shí)，為貫通前的讓壓停采位置。在停采結(jié)束后進(jìn)行繼續(xù)回采作業(yè)時(shí)，當(dāng)工作面與回撤通道間距為7~8m 時(shí)，基本頂出現(xiàn)周期來(lái)壓現(xiàn)象，在工作面與主回撤通道貫通后并未再次出現(xiàn)來(lái)壓情況，這即表明本次采取的停采讓壓方案有效地控制了工作面末采階段的周期來(lái)壓。

4 效果分析

為驗(yàn)證回撤通道的合理性，通過(guò)在主回撤通道內(nèi)分別布置5 個(gè)頂板及實(shí)體煤幫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2 個(gè)位于靠近回采順槽的兩端，3 個(gè)位于回撤通道的中部，對(duì)主回撤通道的圍巖變形量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠得出圍巖變形曲線如圖4 所示。

圖4 主回撤通道圍巖變形曲線圖

通過(guò)分析圖4 能夠看出，工作面與回撤通道距離大于48m 時(shí)頂板及實(shí)體煤幫監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本不受到采動(dòng)的影響；當(dāng)工作面回采至距回撤通道19m 時(shí)，頂板下沉量及實(shí)體煤幫的變形量開始出現(xiàn)明顯增大的趨勢(shì)，隨后隨著工作面與主回撤通道間距的縮小，頂板下沉量及實(shí)體煤幫變形量均在逐漸增大；在工作面回采至距主回撤通道5m 左右時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的頂板下沉量及實(shí)體煤幫變形量均達(dá)到最大值，其中5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中最大頂板下沉量為219.7mm，最小為46.25mm，實(shí)體煤幫的最大變形量為122.5mm，最小變形量為38.5mm。綜合上述分析，2-208 工作面主回撤通道在現(xiàn)有支護(hù)方式下圍巖變形量滿足巷道的使用要求，保證了回撤通道圍巖的穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)工作面末采礦壓控制技術(shù)的具體分析，結(jié)合2-208 工作面的地質(zhì)條件對(duì)工作面的末采礦壓控制技術(shù)和主回撤通道的圍巖控制方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，停采讓壓方案有效控制了工作面末采階段的周期來(lái)壓，主回撤通道在現(xiàn)有支護(hù)方案下最大頂板下沉量和實(shí)體煤幫最大變形量分別為219.7mm 和122.5mm，保證了回撤通道圍巖的穩(wěn)定。