錨梁支護在大斷面回撤通道中的應用

劉 昭

(神府經濟開發區海灣煤礦有限公司三號井，陜西 神木 719314)

0 引言

陜北淺埋煤田儲量豐富，地質賦存和開采條件簡單，2-2煤層可采厚度較大，隨著礦山機械設備的發展，大采高綜采是主要的開采方法[1-2]。目前，大采高的開采高度一般在5～7 m，最大高度達8.3 m。采高的增大，礦山機械設備搬家回撤時需要的空間越大，而工作面結束后設備回撤是綜采作業的一個重要環節[3]。工作面推采結束后，需要一個安全可靠的空間，來保證設備的安全撤出[4-5]。神府礦區大都采用預掘回撤通道[6-7]的方法，進行綜采工作面回撤。回撤通道在布置工作面時，同工作面順槽及安裝切眼一并形成。回撤通道的安全可靠性主要通過支護手段來實現，選擇合理的支護形式和參數對設備安全快速的回撤至關重要[8-9]。

隨著支護設備和工藝的不管發展，我國煤礦支護改革取得了顯著成績，尤其是回采順槽的支護改革從以往的被動支護階段過渡至以錨桿、錨索為代表的主動支護階段。被動支護代表性的有木垛支架和剛性金屬梯形支架，然而主動支護的技術性能較差，在當前礦區已經被逐步淘汰或大幅度減少使用。此外，主動支護階段如以錨桿支護為主的現代支護手段正在迅速推廣和應用。錨桿支護是一種主動支護方法，借鑒懸吊理論和組合梁理論，通過提高圍巖的整體剛度可以達到加強巖體整體性的效果，也有提高巖體變形能力這方面的效果。從錨桿的作用機理可以知道錨桿主要發揮其組合梁與組合拱的作用，起到加固巖體的效果，但是受錨桿為剛性材料的約束，錨桿長度存在一定尺寸約束，不可能很長，這就導致組合梁和組合拱的厚度具有局限性，錨索支護技術能夠很好的改善這一狀況，因為錨索為柔性材料，能夠具有一定的長度，這也就增加了組合梁和組合拱的厚度。由于錨索長度較長，這種優勢能有效的將大尺寸、不穩定、易冒落的頂板與穩定頂板進行組合，充分調動圍巖自身的承載特性，阻止容強裂隙帶和冒落帶的發育范圍進一步擴大，增大共同承載的巷道圍巖的范圍，給錨索施加一定的預緊力，變被動支護為主動支護，更能有效控制圍巖變形[10-12]。

海灣煤礦三號井2202綜采面回撤通道為大斷面巷道(寬6.5 m、高5.0 m)，巷道應用“錨索+鋼梁”的支護方式，在綜采工作面回撤時，有效控制了巷道圍巖變形，保證了工作面的安全快速回撤。結合礦井實踐對大斷面回撤通道“錨索+鋼梁”的支護形式進行探討，以期為同類型巷道支護提供參考。

1 研究區概況

海灣煤礦三號井位于陜北侏羅紀煤田神木北部礦區海灣井田西北角，行政隸屬陜西省神木市孫家岔鎮。礦井生產能力90萬t/年。開采2-2煤層，煤層平均厚7.46 m，采用綜采大采高一次采全高采煤工藝，設計采高7.0 m，傾角0°～1°，煤層埋深107～159 m，屬于淺埋煤層大采高工作面開采。頂板以粉砂巖為主，其次為泥巖和細粒砂巖，底板為粉砂巖和泥巖。在淺埋大采高綜采工作面回采過程中，由于采出空間較大，工作面覆巖將不存在傳統意義的覆巖“三帶”，基本上為冒落帶和裂隙帶“二帶”，工作面來壓期間頂板有明顯的臺階下沉和動載現象，頂板控制不好，易出現壓垮支架、巷道底鼓、冒頂等頂板事故[13]。當采高增大到6.0 m以上，煤壁的暴露面積增大，穩定性變差，容易出現大面積片幫。煤壁的穩定如果控制不好，就會在來壓時造成工作面的空頂距不斷加大，存在安全隱患[14]。

2202工作面位于2-2煤層，沿煤層走向布置，工作面長1 172 m，工作面寬224 m。2202回撤通道位于2202工作面停采線處，巷道長度224 m，寬度為6.5 m，高度為5.0 m。巷道沿2-2煤層底板掘進，留設2 m頂煤。直接頂為厚8.75 m的粉砂巖；老頂為厚22.96 m的粉砂巖，距2-2煤頂13.6 m，老頂與直接頂之間為厚4.81 m的中粒砂巖。與2202回撤通道間隔20 m保安煤柱，平行2202回撤通道布置有2202輔助回撤通道，兩通道間通過3個聯巷連通。2202回撤通道為2202綜采工作面回撤時期的安全作業空間，如圖1所示。

圖1 2202回撤通道位置關系

2 2203回撤通道支護

2203工作面為2-2煤的首采工作面，與2202工作面的地質條件、巷道布置方式以及開采方法基本一致。

2.1 支護方式

頂板支護：2203回撤通道頂板采用“菱形網+錨桿+W鋼帶+錨索”聯合支護，菱形網選用8#鐵絲菱形勾花網；錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm；W鋼帶寬200 mm、厚4 mm、長6 000 mm，通過錨索固定在頂板上；錨索選用φ17.8 mm×7 000 mm鋼絞線錨索，每排3根，間排距2 250 mm×1 000 mm。2203回撤通道正幫未支護。

副幫支護：2203回撤通道副幫采用“菱形網+W鋼帶+錨桿”聯合支護，菱形網選用8#鐵絲菱形勾花網；錨桿選用φ18 mm×1 500 mm圓鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm；W鋼帶沿巷幫橫向布置3排，間距2 000 mm，通過錨桿固定在巷幫上，如圖2所示。

圖2 2203回撤通道支護

補強支護：在2203工作面距停采線50 m時，在回撤通道內打設兩排垛式支架，見表1。在工作面推采至停采線50 m處時，開始向回撤通道運輸垛式支架，進行補強支護。支架平行巷道放置，放兩排，排間距1 m，列間距0.5 m，第1排垛架距非工作面幫1 m，共安設垛架83架。

表1 ZDD18000/27/56型支掩式支架技術特征表

2.2 存在的問題

2203工作面回撤期間，回撤通道內壓力顯現明顯，頂板下沉、破碎嚴重，部分錨索被拉斷，局部頂板漏頂，且有部分垛架及工作面支架被壓死，副幫煤壁片幫嚴重，采空區大量漏矸涌入工作面，給工作面設備回撤帶來了極大困難。礦井通過搭設鋼梁棚、注漿加固頂板等手段對頂板進行維護，歷時80d才完成工作面回撤。因此，為了保證2202工作面安全快速回撤，2202回撤通道支護設計需進一步優化。

3 2202回撤通道支護設計

3.1 工作面支護思路

頂板及副幫：2202工作面為2-2煤的第2個工作面，2202回撤通道煤層底板標高為+1 115～+1 122 m，對應地表為地勢較為平坦的黃土峁梁區。標高為+1 240～+1 250 m，煤層平均埋深125 m。2202回撤通道支護設計，深刻吸取2203回撤通道支護的經驗教訓，采用“錨索+鋼梁”的支護形式控制頂板，采用“錨桿/錨索+鋼帶”的支護形式控制副幫，加強對巷道頂板及副幫的支護。

礦壓觀測：在工作面推進至距回撤通道15～20 m時，根據貫通前100 m到50 m范圍內礦壓觀測的數據，對工作面來壓步距及來壓強度等進行分析，預測工作面貫通前的來壓位置。通過調壓、讓壓、等壓等措施，確保距貫通點5 m左右時，末采最后一次周期來壓結束，貫通點避開周期來壓。

末采支護設計：工作面末采使用的是兩片柔性樹脂纖維網支護。第1片網224 m×5 m，強度400×400 kN/m，網邊均編入1根φ18.5 mm鋼絲繩；第2片網是由224 m×5 m(強度600×600 kN/m)與224 m×8 m(強度800×800 kN/m)的網片拼接而成，一邊編入1根φ18.5 mm鋼絲繩，在強度為800×800 kN/m的網片編入9根φ18.5 mm鋼絲繩，鋼絲繩間距0.8 m。當工作面貫通后，保證網片與主回撤通道頂部舊網搭接300～500 mm，柔性網在金屬網之下，搭接處鏈接網扣間距200 mm。

3.2 回撤通道支護方式

頂板支護：基于上述礦壓數據的監測和工作面支護措施的有效保障。2202回撤通道頂板采用“雙菱形網+錨桿+雙11#工字鋼梁+錨索”聯合支護，菱形網選用11#鐵絲菱形勾花網，雙層鋪設于頂板上；錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm；雙11#工字鋼梁采用礦用11#工字鋼并排焊接而成，寬180 mm、厚110 mm、長6 000 mm，在梁上預留3個穿線孔，通過錨索固定在頂板上；錨索選用φ21.6 mm×9 000 mm鋼絞線錨索，每排3根，間排距2 250 mm×1 000 mm。

副幫支護：2202回撤通道正幫未支護。2202回撤通道副幫采用“菱形網+W鋼帶+錨桿/錨索”聯合支護，菱形網選用11#鐵絲菱形勾花網；錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，間排距2 000 mm×1 000 mm；錨索選用φ15.24 mm×3 000 mm鋼絞線錨索，間排距2 000 mm×1 000 mm；W鋼帶沿巷幫橫向布置3排，間距2 000 mm，通過錨桿、錨索固定在巷幫上。

4 結語

通過優化2202回撤通道支護設計，在2202工作面回撤期間，回撤通道頂板及副幫得到有效控制，僅局部區域頂板下沉量大并破碎。雙工字鋼梁在破碎頂板的控制上，發揮了關鍵作用，通道內未發生壓架及漏矸現象。頂板控制達到了預期的效果，為工作面安全快速回撤提供了保障。2202工作面回撤僅用時24 d，很大程度的節省了回撤時間。同時，“錨索+鋼梁”支護形式在2202回撤通道支護中的成功應用，為同類型大斷面回撤通道支護提供了借鑒實例。