斜溝礦18205 大采高工作面預掘回撤通道掩護式支架支護探討

白 宙

（西山煤電集團設計院，山西 太原 030053）

0 引 言

大采高綜采工作面末采時，回撤通道圍巖移近量會大大增加，頂板變得破碎，片幫也隨之加劇[1]。綜采工作面的機電設備數量多，體積大，重量高，而且工作面空間狹窄、環境惡劣，頂板壓力大，回撤工藝復雜，對回撤空間支護質量要求高[2]。故而大采高綜采面的回撤作業，集中體現了礦井的機械化與集約化生產水平。在工作面超前支承壓力影響下的回撤巷道圍巖穩定性控制，必須做到精準與安全[3]。結合現有的“錨網索”聯合支護原理，煤礦在工作面末采階段，通常采用木垛或單體液壓支柱補強，從而實現對回撤通道圍巖運移的有效控制，這種支護方式效率低，材料使用多，勞動強度大，支護時間長[4-5]。

眾多學者針對這一問題，進行了有益探索，高士崗[6]、史超[7]等結合現場實測工作面超前支承壓力分布規律、理論研究支護強度參數以及數值模擬方案對比等方法，認為傳統“錨網索聯合支護+垛式支架護巷”能有效支護回撤通道。由于專用垛式支架造價昂貴，運轉繁瑣，這種回撤通道圍巖控制方式并未普及采用[3]。

本文結合斜溝煤礦18205 大采高工作面使用的ZY10800/28/63D 型支撐掩護式支架外形尺寸較大回撤復雜等技術條件。結合18503 工作面撤面時的ZY7600/23/47 型支撐掩護式支架，構建了“錨-索-網聯合支護+掩護式液壓支架”支承的新型耦合回撤巷道支護方式，實現了既能夠確保工作面正常接替，減少因為工作面支架回撤方案的不合理帶來的周期過長，成本增加以及發生安全問題等，又能夠為其他類似地質生產條件工作面支架回撤工作提供經驗和參考價值。

1 工程概況

18205 工作面位于12 采區，工作面地表地形為中低山區，地表起伏較大，蓋山厚度389～590 m。工作面位于12 采區輔助運輸下山南側，東部、南部、西部均為實煤區。工作面直接頂為泥巖，平均厚度4.28 m；直接底為泥巖，平均厚度0.95 m。

工作面傾斜長度267 m，可采走向長度2 840 m，工作面煤層厚度平均4.7 m，煤層傾角平均9.4°。材料巷、皮帶巷沿煤層頂板掘進。若不預掘回撤通道，工作面停采后，由于回采引起的超前支承壓力較大，向前掘進回撤聯巷時，巷道圍巖破碎，支護難度較大。同時為因工程量大，減少材料消耗，采用預掘單回撤通道的形式，即在綜采工作面停采線處沿煤層頂板，于工作面距停采線1 500 m 時，掘進一條垂直于上下兩巷道的回撤通道，形成大采高綜采工作面重裝備單通道回撤系統。18205 回撤通道前期已施工完成，后期已經對其進行了拉底硬化。

2 回撤通道支護方案的選擇

2.1 回撤通道初期支護方式

初期支護的主要作用為，提供一定的支護強度來消減由于回撤通道掘進造成的巷道變形，為后期液壓支架支護提供有效作業空間。

回撤通道沿煤層底板掘進，成巷初期回撤通道采用傳統“錨-索-網”聯合支護形式，頂板錨桿采用為高強度錨桿，頂錨索采用“五花”型布置方式。工作面幫部采用玻璃鋼錨桿，煤柱幫采用螺紋鋼錨桿，煤柱幫側采用鋼帶錨索對煤柱幫進行加固，具體支護參數見表1，支護形式見圖1。

表1 巷道優化支護參數

圖1 回撤通道支護斷面圖

18205 工作面回撤通道，巷道斷面積為21.62 m2，最大跨度為4.6 m，屬于大斷面巷道，回撤通道圍巖具有較為嚴重的失穩隱患。且在工作面推進過程中巷道圍巖必然受到工作面超前支承壓力，工作面動壓將導致巷道圍巖的應力大幅度增加，造成巷道支護困難，引起巷道圍巖不同程度的變形失穩破壞，故在回撤通道掘進與初期支護作業完成后，有必要增加巷道支護強度，控制巷道圍巖變形，保證回撤通道的安全高效使用。

2.2 回撤通道最終支護方式

在回撤通道初期支護完成后，放置液壓支架，用于支護頂板。結合斜溝礦實際情況，18503 工作面回撤，井下現有閑置的ZY7600/23/47 型液壓支架，為集中液壓支架升井檢修時間段，一般要求在18205工作面回采完畢后，兩工作面液壓液壓支架同時升井檢修；根據以往回撤經驗，回撤通道為大斷面，木垛難以很好地承受收尾期間的壓力，導致回撤通道頂板下沉量大、底板鼓起，幫部破碎；ZY7600/23/47液壓支架支撐能力大大強于木垛；放置支架工藝雖稍微復雜，但可以撤出后進行多次應用，木垛為一次性消耗品。決定采用回撤通道液壓支架支護方案。

2.3 液壓支架數量及擺放位置的確定

液壓支架的數量決定了回撤通道內有效支護面積，在合理的布局下，充分放置液壓支架十分必要；液壓支架擺放位置的不同對回撤通道的支護效果也不一樣，合理的位置擺放能充分的支護頂板，也有利于回撤通道內支架的撤出。為實現對巷道圍巖的強力控制，確定平行巷道兩排邁步式擺放液壓支架。在不影響回撤的同時，盡可能的支護回撤通道的頂板，保證頂底板的穩定性。

18205 回撤通道內安裝支架型號為ZY7600/23/47 共99 臺，支架沿巷道中心線呈雙排邁步式布置，靠工作面一側支架距煤幫490 mm 安設共計50 臺；靠保護煤柱一側支架距煤幫290 mm 安設共計49 臺，后一臺支架頂梁前端與前一臺支架頂梁末端相距1 230 mm（全部取自18503 回撤支架），支架呈雙排邁步式布置，首先安裝1 臺靠工作面幫側的支架，再安裝1 臺靠保護煤柱側的支架，依此類推，直至安裝完所有支架；每一排支架要保證后一臺支架頂梁前端與前一臺支架頂梁末端連接，見圖3。可見有效運輸空間為 1 400 mm×4 000 mm，滿足18205 大采高工作面使用的ZY10800/28/63D 型支撐掩護式支架拆解回撤最小運輸安全尺寸。

圖2 18205 回撤通道支架布置平面圖

圖3 18205 回撤通道運輸空間

3 收尾回撤期間礦壓數據觀測

為檢測ZY7600/23/47 型液壓支架對回撤通道圍巖控制效果，在回撤通道中部設置頂底板及兩幫移近量測站同時進行鉆孔窺視測試，對巷道圍巖穩定性進行評價。工作面末采階段回撤通道表面移近量，見圖4，回撤通道鉆孔窺視結果見圖5。

圖4 工作面末采時巷道表面移近量

圖5 巷道表面0～2.4 m 鉆孔窺視圖

由圖3 可知工作面與回撤通道貫通期間頂底板移近量和兩幫移近量最大，分別為302 、139 m。當工作面與回撤通道貫通后，回撤通道頂板圍巖活動逐步趨于穩定。工作面貫通前，隨著煤柱寬度的減小，煤柱逐漸失去支撐作用，工作面頂梁前端至回撤通道煤壁頂板載荷逐漸從“工作面支架+煤壁+回撤通道支架”的支撐狀態變為“工作面支架+回撤通道支架”支撐狀態。結合圖5 可知，回撤通道與工作面貫通時，頂板0～1.2 m 范圍內裂隙發育，該范圍內頂板基本破碎，未能形成有效的承載結構，但在1.2～2.4 m 范圍內頂板保持穩定，可見在巷道深部圍巖中，頂板巖層與液壓支架以及支護體共同形成了穩定的承載結構。綜合可知，采用ZY7600/23/47 型支撐掩護式支架可以有效控制回撤通道圍巖變形。

4 社會、經濟效益

采用ZY7600/23/47 型支撐掩護式支架控制回撤巷道圍巖穩定性的形式較傳統回撤巷道支護有較為明顯的進步。首先，利用液壓支架對頂板的主動支撐與控制，主動保持回撤巷道頂板的變形，彌補了傳統木垛支護被動受力的缺陷，既保證了18205 大采高綜采工作面的安全順利回撤，又節約了傳統“錨網索+木垛”支護成本，單面累計為斜溝礦創造效益98 萬余元；同時，該液壓支架可與工作面設備共用液壓管路，提供了“工作面液壓支架-回撤巷道液壓支架”的協同控制模式，可對回撤巷道頂板貫通時，產生耦合保護作用，保障了工作面的安全生產，避免了二次甚至多次補強支護，較其余工作面回撤提前了25 d，為實現快速“搬家倒面”提供了前提[8]；最后， 由于其采用 18503 工作面需回撤的ZY7600/23/47 型，相較垛式支架護回撤通道的模式，顯著縮短了支架運輸與安裝成本。

5 結 語

針對斜溝煤礦18205 大采高綜采工作面預掘單回撤通道時，巷道斷面大受采動影響后回撤通道圍巖具有失穩隱患的問題，結合礦井生產實際，提出將閑置的ZY7600/23/47 液壓支架用于對18205 工作面回撤巷道的支護，采用預掘回撤通道雙排液壓支架支護，提高回撤通道內的支護強度，大大增加回撤通道支護的可靠性和安全性。現場實測頂底板移近量和兩幫移近量最大分別為302、139 m，巷道頂板1.2 m 以上的圍巖保持穩定，說明該種支護方式有效保證了巷道圍巖的穩定性。同時，采用該種支護方式節約斜溝礦成本98 萬余元，工期提前25 d，可見該種回撤通道圍巖控制方法具有較高的借鑒與參考價值。