頂板破碎工作面預掘回撤通道圍巖支護技術研究

裴 浩

（山西汾西正佳煤業有限責任公司， 山西 臨汾 041300）

引言

回撤通道是實現綜采回撤的通道，確保回撤通道圍巖穩定是采面末采及設備回撤期間需要重點解決的問題[1-2]。預掘回撤通道雖然可提高綜采設備回撤效率，但是回撤通道會在采動壓力作用下出現較大變形，因此如何控制回撤通道圍巖變形是預掘回撤通道現場應用時需重點解決的問題[3-5]。特別是預掘回撤通道頂板破碎時，頂板在采動壓力作用下下沉更為明顯。眾多的科研學者對預掘回撤通道圍巖支護技術展開研究，并提出錨網索、切頂卸壓、單體支護等多種支護方式，為預掘回撤通道頂板控制創造良好條件[6-7]。文中以山西某礦80505 綜采工作面為工程研究對象，針對預掘回撤通道頂板破碎問題，提出在常規錨索網支護基礎上，使用垛式液壓支架進行補強，以有效控制了破碎頂板下沉。

1 工程概況

山西某礦現階段主要5 號煤層，煤層頂板以砂質泥巖為主，巖層裂隙發育且隨采隨垮。80505 綜采工作面開采5 號煤層，采面設計推進距離為2 690 m、斜長為279.6 m，回采范圍內煤層厚度平均4.2 m、傾角6°，埋深360 m。采面圍巖控制使用的支架型號為ZY11000/25/50D, 額定工作阻力、初撐力分別為11 000 kN、7 912 kN，支撐程度介于2.5～5.0 m。采面機頭以及機尾分別布置3 臺、4 臺型號為ZTY11000/25/50D 掩護式液壓支架，端頭位置分別布置2 架型號為ZYG11000/25/50D 過渡支架。

為了提高采面綜采設備回撤效率，在采面距離停采線50 m 以外時即通過預掘回撤通道，采掘掘進至回撤通道位置即可實現綜采設備回撤。由于煤層頂板巖性以破碎泥巖為主，如何實現回撤通道巖層穩定是需要考慮的現實問題。

2 回撤通道圍巖支護及采面末采采高控制技術

2.1 回撤通道圍巖補強加固

在采面與停采線相距50 m 以上時，采用綜掘機掘進回撤通道。巷道掘進期間采用錨網索支護方式。隨著采面與回撤通道間距不斷縮小，回撤通道受到采動動壓影響更為明顯，圍巖變形量較為嚴重。為此，提出使用垛式液壓支架對回撤通道進行補強加固。

回撤通道掘與采面相距30 m 時即采用0/25/50垛式液壓支架對回撤通道進行補強加固。垛式支架沿著回撤通道方向按照邁步式方式進行布置，沿著回撤通道掘進方向垛式支架間距為6.0 m；沿著斷面方向垛式支架間距為0.6 m，其中垛式支架與采面幫、停采煤柱幫間距分別控制為0.5 m、0.6 m。在采面回撤通道與回采巷道交叉位置，布置垛式支架對圍巖進行補強加固。具體采面回撤通道補強支護見圖1所示。

圖1 采面回撤通道補強支護示意圖

2.2 采面末采采高控制技術

在采面末采期間應采取采高控制措施避免采面與回撤通道間出現錯臺，具體采用的采高控制措施為：

1）在采面與回撤通道間距30 m 以上時，對采面以及回撤通道高度每隔10 m 進行一次測量，并根據側量數據技術采用抬、臥刀方式調整采高。

2）在采面與回撤通道間距30 m 時，在回撤通道內距離底板1.6 m 位置施工按照20 m 間距施工定向鉆孔，鉆孔孔深20 m。在鉆孔內插入白色PVC 管用以指導采高控制。當采面回采揭露鉆孔后，可根據揭露鉆孔情況對采高以及底板標高進行調整。

3）采面回采期間周期來壓、超前支承壓力會降低采面以及回撤通道高度。為確保采面與回撤通道平穩貫通，在采面末采期間應確保采高在3.7 m 以上。

4）在采面與回撤通道間距50 m 時，即對礦壓顯現規律進行分析，并根據礦壓分析結果采取等壓、讓壓措施，避免與回撤通道交匯時出現周期來壓。

3 回撤通道頂板下沉量分析

根據采面礦壓監測結果，在80505 綜采工作面與回采通道相距12 m 時采用等壓措施。待頂板充分冒落、支架頂梁上掛網結束后，采面快速推進并與回撤通道貫通。通過采取讓壓措施可避免采面與回撤通道貫通時出現頂板來壓。

在回撤通道掘進完成以及垛施支架安裝完畢后，對垛式支架高度進行監測，以便對圍巖控制效果以及采面末采期間采高控制提供指導。具體監測期間獲取到的垛式支架高度下降監測結果見圖2 所示。

圖2 垛式支架高度下降監測結果

從圖中看出，采面與回撤通道相距12 m 以上時，回撤通道頂板幾乎無下沉。采面與回撤通道間距在12.0～4.0 m 時，回撤通道頂板開始逐漸下沉，下沉速度平均為80 mm/d；采面與回撤通道間距縮小至4.0～2.0 m 時，回撤通道下沉速度最大，此階段下沉速度平均為130 mm/d；采面與回撤通道間距在2.0～1.0 m 時，回撤通道頂板下沉量速度最大，平均為780 mm/d；采面與回撤通道間距在1.0～0 m 時，回撤通道頂板下沉速度有所減低，平均為550 mm/d。采面與回撤通道貫通后，回側通道頂板仍有一定下沉，但下沉量明顯降低。監測期間回撤通道下沉量累積為400 mm。

從回撤通道垛式液壓支架下降高度監測結果看出，文中所提回撤通道補強加固方式可滿足回撤通道破碎頂板控制需要，為后續綜采設備快速、安全回撤創造良好條件。

4 結論

采用垛式支架對回撤通道頂板進行補強加固；通過讓壓方式避免采面與回撤通道貫通期間出現頂板來壓。現場應用后，回撤通道頂板下沉量累積為400 mm，下沉量在穩定范圍內。通過垛式支架補強支護實現了回撤通道的安全使用，取得較好應用效果。