破碎圍巖預掘回撤通道圍巖支護技術研究

景晉兵

(山西澤州天泰坤達煤業有限公司，山西 澤州 048019)

隨著煤炭開采技術的提升以及先進綜采設備應用的推廣，煤炭生產效率及生產安全保障能力均得以明顯提升[1-2]。綜采設備回撤是煤炭生產過程中的重要環節，大型、較重的綜采設備給設備回撤工作造成了困擾[3]。部分礦井通過預掘回撤通道的方式提高綜采設備的回撤效率，但是回撤通道圍巖支護時會受到采動擾動，導致圍巖變形量大甚至出現頂板垮落問題，特別是回撤通道頂板破碎時圍巖控制難度更大[4-5]。為此，眾多的學者對回撤通道圍巖控制技術展開研究，并提出頂板弱化、等壓讓壓、圍巖注漿、錨網索支護、架棚支護等多種圍巖支護措施，為礦井回撤通道支護工作開展提供經驗借鑒[6-9]。文中以山西某礦30903綜采工作面回撤通道支護為工程背景，對破碎圍巖回撤通道圍巖支護技術進行分析。

1 工程概況

山西某礦開采9號煤層，煤厚3.05 m，賦存穩定，埋深420 m。30903工作面設計推進長度2 420 m、傾斜長度279.8 m，煤炭采用綜采開采工藝，采高平均2.9 m。9號煤層頂底板以砂質泥巖、細粒砂巖及泥巖為主，具體巖性如圖1所示。采面內采用ZY11000/25/50D液壓支架(工作阻力11 000 kN，支撐高度2.5～5.0 m)護頂，在采面機頭、機尾位置采用ZTY11000/25/50D掩護式支架護頂，在采面端頭各安排2架ZYG11000/25/50D過渡支架。為提高采面綜采設備回撤效率，提出在停采線位置預掘回撤通道。

圖1 9號煤頂底板巖性

在采面停采線位置受到區域地質構造影響，9號煤層頂板泥巖、砂質泥巖等裂隙發育，部分位置煤巖體破碎，穩定性較差，給預掘回撤通道圍巖控制帶來一定影響。

2 回撤通道圍巖支護

2.1 永久支護

1) 錨網索支護。在30903工作面與停采線相距300 m以上時，采用EBZ260綜掘機掘進回撤通道，回撤通道設計凈寬、凈高分別為5 000 mm、2 900 mm，在掘進完成后通過錨網索方式支護圍巖。具體回撤通道支護斷面如圖2所示。支護采用的錨桿(螺紋鋼錨桿、玻璃鋼錨桿)、錨索(鋼絞線錨索)規格分別為D20 mm×2 400 mm、D17.8 mm×6 300 mm。采面兩側巷幫均布置4根錨桿。在采面幫(南幫)按照800 mm×800 mm布置玻璃鋼錨桿，上下兩根錨索與頂板、底板間距均為250 mm；在煤柱幫(北幫)上部3根錨桿間距均為900 mm、下部2根錨桿間距600 mm，排距800 mm。頂板用螺紋鋼錨桿，間排距均為1 100 mm，在中部按2 200 mm×2 200 mm間排距布置2根錨索。全斷面鋪設金屬網，提高回撤通道表層巖體支護強度。

圖2 錨網索布置斷面圖(mm)

2) 頂板注漿。由于回撤通道圍巖在區域構造影響下裂隙發育且局部位置圍巖破碎，為提高圍巖支護效果并降低圍巖變形量，對回撤通道頂板進行全斷面注漿。注漿漿液選用波雷因(A、B組分配比1∶1)，在巷道頂板按照2 000 mm間排距布置3根注漿鉆孔，鉆孔孔深均為4 000 mm，其中中部鉆孔位于巷道中線位置，兩側注漿鉆桿與中線間距均為2 000 mm；注漿壓力均為3～4 MPa。通過向頂板裂隙發育、破碎巖體進行注漿，漿液在頂板裂隙中擴展可提高巖體整體性，同時與原有的巷道支護體系配合達到控制頂板下沉的目的。

2.2 回撤通道補強加固

在30903工作面與回撤通道間距小于50 m時，開采引起的超前支承壓力會作用到回撤通道圍巖，回撤通道面臨頂板下沉、底鼓以及巷幫嚴重收斂等問題。為此，提出采用垛式液壓支架(型號ZZ18000/25/50)對回撤通道頂板進行加固，垛式液壓支架布置如圖3所示。

圖3 垛式液壓支架布置斷面圖(m)

垛式液壓支架間距為0.6 m，靠近回撤通道兩幫的垛式支架與采面幫(南幫)、煤柱幫(北幫)間距分別為0.5 m、0.6 m。沿回撤通道軸向方向，垛式支架中心距6.0 m。

3 回撤通道圍巖支護效果

在采面末采期間應針對性采取措施避免回撤通道與采面出現錯臺，提高綜采設備末采安全保障能力以及回撤效率。采面間距回撤通道30 m范圍內時，采面每推進10 m測定1次回撤通道及采面高度，并根據高度測定結果采用臥刀或者抬刀方式調節開采高度；對采面開采期間來壓情況進行監測，并采取讓壓、等壓技術措施避免采面與回撤通道交匯期間出現來壓情況，降低礦壓顯現對回撤通道圍巖控制的影響。30903工作面開采期間周期來壓步距介于13～17 m，待采面回采至與回撤通道相距12 m時，停采等壓，并在采面頂板掛網；待掛網結束且采空區頂板垮落(來壓)后，采面快速推進并與回撤通道貫通。

在回撤通道垛式支架安裝完成后，間隔3部支架布置1個測點，對垛式支架立柱高度進行監測，通過對比監測期間垛式支架立柱高度差實現頂板下沉量監測，頂板下沉量監測結果如圖4所示。

圖4 回撤通道頂板下沉監測結果

從圖4中看出，回撤通道頂板下沉量控制在200～400 mm，在采面與回撤通道相距2～0 m時，回撤通道頂板下沉量在5.5～7.8 cm/d；采面與回撤通道貫通后，回撤通道頂板下沉速度呈逐漸降低趨勢，貫通初期頂板下沉速度為3.1 cm/d，貫通6 d時頂板下沉速度降至0.7 cm/d。

4 結 語

采用預掘回撤通道方式可提前為綜采設備回撤提供空間，減少回撤耗時。受區域地質構造影響，30903工作面回撤通道頂板破碎，在采動影響下容易出現頂板下沉量大、垮落等問題。文章提出采用錨網索+注漿方式構成永久支護，控制回撤通道掘進后圍巖變形量；采用垛式液壓支架對回撤通道進行補強，降低采面超前支承壓力作用下回撤通道變形量。根據回撤通道現場情況，對永久支護方案及垛式液壓支架布置進行設計。現場應用后，回撤通道與采面貫通期間頂板下沉量控制在200～400 mm，下沉量整體較小，可滿足綜采設備高效回撤需要。