回采工作面回撤通道破碎頂板控制技術(shù)實(shí)踐

王 冰

（山西焦煤西山煤電晉興能源公司斜溝煤礦，山西 興縣 033699）

引言

回撤通道是綜采設(shè)備搬家倒面的主要通道，確保回撤通道巖層穩(wěn)定，保障采面安全生產(chǎn)[1-2]。綜采設(shè)備回撤技術(shù)以及回撤通道圍巖控制效果等因素會給回撤效率帶來顯著影響[3-5]。山西某礦2502綜采工作面為二采區(qū)首個回采工作面，采面主采5號煤層，受到煤層自身強(qiáng)度低以及堅(jiān)固性差等因素影響，采面回采期間煤壁出現(xiàn)一定程度的片幫問題。特別是采面在回采末期，在采面與回撤巷道間會形成孤島煤柱，煤柱在采面采動應(yīng)力集中作用下裂隙發(fā)育，導(dǎo)致液壓支架頂板上覆巖層出現(xiàn)冒落，頂板管理難度增加。為了確保采面頂板穩(wěn)定，確保采面安全回撤，礦井提出在煤壁中注入馬麗散、回撤巷道頂板使用組合錨索對巖層進(jìn)行控制，取得了較好的巖層控制效果。

1 工程概況

2502綜采工作面回采5號煤層，結(jié)構(gòu)簡單，厚度2.9~3.5 m，內(nèi)夾雜1~3層矸石。2502綜采工作面走向長、斜長分別為900 m、190 m，回采的5號煤層硬度平均1.2，裂隙發(fā)育。5號煤上方有0.3 m厚砂質(zhì)泥巖偽頂，隨采隨垮；直接頂為厚度5.6 m泥巖；直接底為厚度3.9 m粉砂巖。

2502綜采工作面回采至875 m位置即采面與回撤通道相距25 m時，采面煤壁出現(xiàn)片幫、具體位置頂板出現(xiàn)冒落。采面頂板冒落以及片幫發(fā)生可細(xì)分為三個階段：第一階段是頂板冒落初步階段，78~96號液壓支架前探梁、上部位置巖層出現(xiàn)垮落，頂板冒落高度在1.8 m；第二階段是頂板冒落擴(kuò)大階段，38~52號支架出現(xiàn)局部范圍頂板破碎，在69~105號支架間冒頂較為嚴(yán)重。為此，采面采取注漿方式對巖層穩(wěn)定性進(jìn)行控制，并在回撤通道布置組合錨索對頂板進(jìn)行控制。

2 回撤通道頂板控制技術(shù)

2.1 圍巖注漿加固

在采面回采期間采用馬麗散對破碎頂板進(jìn)行加固。具體采取的注漿加固工藝為：注漿鉆孔施工→注漿泵固定→鉆孔注漿→停注→開始下一循環(huán)注漿[6-8]。

在采面回采期間共進(jìn)行3個循環(huán)注漿，第一循環(huán)注漿在采面開始掛網(wǎng)停采線（即采面與回撤通道煤壁距25 m）時開始，注漿孔布置深度均為6.0 m，鉆孔傾角在30°~45°，設(shè)計(jì)注漿量控制在1.0 t左右；第二循環(huán)注漿在采面與停采線（回撤通道煤壁）相距10.7 m開始，注漿孔深控制在6.0 m，傾角為30°~45°，注漿壓力控制在6.0 MPa，設(shè)計(jì)注漿量為10.0 t；第三循環(huán)注漿在采面與停采線相距5.6 m，注漿參數(shù)與第二循環(huán)注漿一致。

2.2 回撤通道強(qiáng)化支護(hù)

為解決破碎頂板回撤通道圍巖控制難度、確保回撤通道頂板巖層穩(wěn)定，依據(jù)采面與回撤通道間距離變化，分三個階段對回撤通道頂板進(jìn)行支護(hù)。

1）在回采工作面開始掛網(wǎng)至掛設(shè)13網(wǎng)距離，在工作面60號支架以上范圍長、短錨索按照“一·一”形式布置，布置的長錨索規(guī)格為Φ22 mm×8 300 mm、短錨索規(guī)格為Φ22 mm×4 500 mm，間排距均為1 600 mm×800 mm；工作面60號支架以下范圍采用長錨索+錨桿按照“一·一”形式布置，錨桿、錨索規(guī)格分別為Φ20 mm×2 800 mm、Φ22 mm×8 300 mm，錨桿、錨索間排距均為1 600 mm。在采面支架頂梁前端頂板上鋪設(shè)金屬網(wǎng)，且金屬網(wǎng)片間長邊、短邊搭接距離分別為100~150 mm、200~300 mm，在搭接位置使用14號鐵絲綁扎。具體布置如下頁圖1所示。

圖1 回撤通道支護(hù)示意圖

2）在采面14~20網(wǎng)間，采面全段通過長、短錨索進(jìn)行加固，錨索布置形式為“一·一”形式，錨索的規(guī)格分別為Φ22 mm×8 300 mm、Φ22 mm×4 500 mm，間排、排距分別為1 600 mm、800 mm在支護(hù)段使用4mm厚鋼帶代替托梁對頂板進(jìn)行支護(hù)，布置的錨索均在鋼帶上施工，重點(diǎn)是在16~17網(wǎng)間沿著回撤通道方向上施工組合錨桿。組合錨索間距為8.0 m，共計(jì)施工23組，每組組合錨索均由4根規(guī)格Φ22 mm×8 300 mm錨索、一根厚度12 mm、規(guī)格600 mm×600 mm鋼板以及錨桿等構(gòu)成，組合錨索在外斜角均為60°。

3）在采面出口位置布置8組錨索梁，每組錨索梁由3根Φ22 mm×8 300 mm錨索構(gòu)成，中間錨索垂直頂板、兩側(cè)錨索均外插75°。錨桿別采用1支Z2360、1支K2335錨固，錨索用2支Z236035、1支K2360錨固。錨桿、錨索上預(yù)緊力分別超過100 kN、150 kN。

3 控制效果分析

在采面采取第一輪壓注馬麗散后，破碎頂板冒落問題得以有效改善；通過后續(xù)的第二輪、第三輪馬麗散壓注，破碎頂板冒落問題得以有效解決。注漿為回撤通道破碎頂板控制提供了較好的條件。

在工作面采取分段支護(hù)方式，不僅降低了支護(hù)材料使用量以及作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，而且提高了頂板破碎區(qū)域巖層控制效率。同時采面破碎頂板從掛網(wǎng)開始至掛第7網(wǎng)時頂板得以有效控制，為綜采設(shè)備安全回撤創(chuàng)造了良好條件。

通過采用組合錨對頂板巖性進(jìn)行控制，顯著提升了頂板巖層穩(wěn)定性，在綜采設(shè)備回撤期間未出現(xiàn)頂板垮落、冒頂?shù)氖鹿剩〉昧溯^為顯著的頂板巖層控制效果。

4 結(jié)論

回采工作面在末期回采期間，采面與回撤巷道間會形成孤島煤柱，煤柱在采動引起的超前支承壓力作用下會出現(xiàn)頂板冒落嚴(yán)重、回撤通道掛網(wǎng)、支護(hù)困難等問題，頂板巖層管理相對較為困難。為了確保采面回采通道使用安全，礦井提出采用馬麗散對破碎頂板巖層進(jìn)行加固，并集合組合錨索強(qiáng)化頂板穩(wěn)定性。現(xiàn)場應(yīng)用后，回撤通道圍巖變形得以有效控制，為綜采工作面設(shè)備回撤安全創(chuàng)造了良好條件。