大采高綜采工作面回撤通道支護優化研究

孫 偉

（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

采掘工作面是煤礦生產的基礎性工作，隨著礦井現代化生產技術的不斷發展，部分礦井將中厚煤層開采方式由綜放開采方式轉變成大采高開采方式。由于大采高綜采工作面采動壓力顯現更為明顯，如何確保采面回撤巷道圍巖穩定時大采高工作面煤炭回采時需要重點解決的問題[1]。為此，眾多的研究學者對回撤通道圍巖支護展開研究，其中賈成剛[2]針對復雜地質條件下大采高工作面回撤通圍巖支護困難問題，提出采用錨網索、工字鋼以及挑棚相結合的支護技術對圍巖進行控制；范冬閣[3]對預掘單回撤通道、預掘雙回撤通道以及無預掘回撤通道情況下圍巖變形特點進行分析，并根據采面實際情況提出采用預掘單回撤通道方式確保采面綜采設備可快速回撤。文中就依據上述眾多的研究成果并以山西某礦3056地質條件為工程背景，對回撤通道支護設計進行優化，確保了回撤通道圍巖穩定。

1 3506綜采工作面工程概況

3506綜采工作面位于3采區，回采的5號煤層埋深平均460 m，厚度在4.6~7.3 m，平均6.5 m，采面采用大采高回采工藝，一次開采厚度為6.5 m。5號煤直接頂泥巖，基本頂細砂巖，直接底泥巖，基本底為裂隙發育的砂質泥巖。3506綜采工作面現推進至距離停采線65 m位置，為了降低采面采動對動壓并降低回撤通道圍巖支護難度，在采面距離停采線35 m位置將采面高度降低至5.0 m。

為了確保回撤巷道圍巖穩定，提出使用分步掘進回撤巷道，即在采面與停采線相距一定距離后采面暫時停止回采，采用綜掘機沿著先掘進回撤巷道上半部分，回撤巷道下部分采用采煤機進行掘進。使用綜掘機提高回撤通道掘進效率同時由于預先掘進的上分層回撤通道斷面相對較小，可顯著降低回撤通道圍巖控制難度。具體采用的分布掘進回撤巷道方式見圖1所示。

圖1 分步掘進回撤巷道示意圖

2 回撤巷道支護優化

采取分步掘進回撤巷道方式本質上是降低回撤巷道斷面，從而降低采面采動動壓對回撤通道圍巖控制影響[4]。為了提高回撤巷道圍巖控制，提出采用單體支柱+工字鋼組成臨時支護，采用錨網索（梯）構成永久支護。綜掘機掘進完成后即采用單體支柱對巷道頂板進行控制，巷道支護不會給掘進工作高效開展帶來不利影響，在設備檢修班再施工頂板以及巷幫支護，通過臨時支護、永久支護相互配合，不僅實現提高回撤巷道掘進效率而且可起到較好的圍巖控制效果。

采用綜掘機掘進回撤通道上層時，頂板采用單體支柱+工字鋼按照“一梁三柱”方式構成臨時支護，對回撤通道圍巖進行控制。采用液壓支架配合雙銷梁（長度2.0 m），DW-3.5單體緊隨著掘進迎頭進行臨時支護。頂板永久支護則使用錨網索（梯）支護，頂板布置5排樹脂錨桿（規格Φ22 mm×2 400 mm），布置的間排距分別為800 mm、900 mm。在靠近煤壁側頂板錨桿布置15°外插角。對回撤通道頂板沿采面傾斜方向每間隔900 mm布置1排鋼筋梯（長度3.6 m）。頂板支護采用的錨索為270K鋼絞線（規格Φ21.6 mm×6 000 mm），錨索在兩排錨桿間并按照2 000 mm×2 700 mm間排距布置。

回撤巷道巷幫采用錨桿、錨網支護。錨桿為螺紋鋼錨桿（規格Φ20 mm×2 000 mm），配套使用規格200 mm×300 mm×50 mm木托盤進行支護。巷幫錨桿共布置3排，最上排錨桿位于頂板下方300 mm位置且有30°仰角，中排以及下排錨桿與上排錨桿間距分別為900 mm、1 800 mm且均垂直煤壁布置。巷幫錨桿排距均為900 mm。

回撤巷道使用采煤機對底板進行刷擴后，采用螺紋鋼錨桿（Φ20 mm×2 000 mm）支護煤壁。

3 回撤巷道支護優化效果分析

在分步預掘回撤支護后，為了掌握回撤巷道圍巖控制效果，在回撤巷道內每間距20 m布置一個測點，測點共布置10個。對測點監測數據進行分析，繪制得到的圍巖變形量結果見圖2所示。

圖2 回撤巷道圍巖變形監測結果

從圍巖變形結果看出，回撤通道圍巖變形受采面采動動壓影響較為明顯，采取預掘回撤巷道方式以及文中所述圍巖控制措施可實現回撤巷道圍巖穩定，回撤巷道頂、底板最大變形量分別為158 mm、123 mm，巷幫基本未有變形。

在3506綜采工作面現場應用表明，對于大采高回采工作面采取分步掘進方式一方面可避免提前掘進大斷面回撤通道時引起巷道圍巖控制困難問題；另一方面可充分利用礦井已有的綜掘設備提高回撤巷道掘進效率。回撤通道掘進時產生的煤炭可直接外運，機械化、自動化程度較高。

4 結論

1）3506綜采工作面一次開采高度達到6.5 m，在距離停采線附近時采高雖然降低至5.0 m，但是采動動壓顯現依然明顯，給回撤巷道圍巖控制帶來較大影響。為了給采面綜采設備回撤提供良好條件，提出采用分步掘進回撤通道方式來降低采動動壓對回撤通道圍巖控制影響。

2）采用掘進機掘進回撤通道上部分，使用單體+工字鋼組成臨時支護，從而降低支護對回撤通道掘進影響；在滯后掘進迎頭一段距離后采用錨網索（梯）組成永久支護對回撤巷道進行支護。經現場應用后，3506綜采工作面回采至回撤巷道時頂、底板變形量最大值分別控制158 mm、123 mm，取得較好的圍巖控制效果。