綜放工作面回撤通道支護優(yōu)化

王 鑫

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司， 山西 保德 036600）

引言

采煤工作面煤炭回采結束后，需要預留回撤通道用以回撤采煤機、液壓支架、刮板輸送機等煤炭開采設備，回撤通道穩(wěn)定性會直接影響采煤設備回撤效率[1-3]。為此，眾多的研究學者對回撤通道支護技術展開研究，對回撤通道施工方式以及圍巖支護方式等展開研究[4-7]。文中就以山西某礦30902 綜放工作面設備回撤為工程背景，在對現(xiàn)場條件分析基礎上對回撤通道支護工藝進行優(yōu)化，以便為后續(xù)其他采面回撤通道支護工作開展提供經(jīng)驗借鑒。

1 山西某礦30902 綜放工作面工程概況

30902 綜放工作面位于3 采區(qū)，開采的9 號煤層厚度均值6.5 m，煤層賦存穩(wěn)定，埋深平均460 m，煤層傾角4°～9°，堅固性系數(shù)介于0.5～1.5。采面東側為礦井開采邊界，西側為9 號煤層膠帶輸送機運輸巷，南側為已經(jīng)回采完畢采空區(qū)，北側為實體煤。30902 綜放工作面采放比為1∶1，采高3.2m、放煤高度3.3m，割煤進尺800 mm。開采范圍內水文地質條件簡單至中等，正常涌水量介于20～25 m3/h，最大涌水量50 m3/h。

30902 綜放工作面回撤通道原支護方案采用錨網(wǎng)索工藝支護，支護采用的錨桿長度2.2 m，錨固長度1.2 m，并使用雙層金屬網(wǎng)（直徑4.5 mm 金屬網(wǎng)編制，網(wǎng)片10 m×1 m）護表，具體預先設計的回撤通道支護斷面如圖1 所示。結合30902 綜放工作面回撤通道現(xiàn)場實際條件，提出兩種回撤通道優(yōu)化支護方案。

圖1 回撤通道原支護方案（單位：mm）

2 回撤通道支護優(yōu)化

為降低回撤通道支護耗時、降低支護成本，采用工程類比法對回撤通道支護參數(shù)進行優(yōu)化。將巷道原有支護方式改為高強預應力錨網(wǎng)梁支護方式，并通過采用增加錨固長度或者全長錨固方式提高錨固效率，適當增加錨桿布置間距；采用金屬網(wǎng)提高護表結構強度以及整體穩(wěn)定性，在頂角位置斜插錨桿，形成結構效應；通過使用高強錨桿支護體系，適當增加頂部錨索間距，通過錨桿、錨索協(xié)同作用，提高圍巖穩(wěn)定性。

適當增加頂部錨桿、錨索長度，并擴大頂部錨桿間排距；巷幫煤壁3 排錨桿長度均有所增加，間排距適當擴大。具體回撤通道支護參數(shù)為：回撤通道頂板錨桿材質為HRB335 高強螺紋鋼，錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm，間排距分別為800 mm、1200 mm，在頂板兩側錨桿均有15°外插角；頂錨索材質為鋼絞線，規(guī)格為Φ18.9 mm×8300 mm，錨索布置在回撤通道頂板中部布置一排，間排距均為2400 mm。

回撤通道兩幫煤壁采用的材質HRB335 螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ20 mm×2000 mm，錨桿間排距均為1200 mm，在巷幫最上側錨桿（位于巷道頂板下方500 mm 位置）有15°向上斜插角，在巷幫最下側錨桿（位于底板上方600 mm）有15°向下斜插角。金屬網(wǎng)鋪設方式與巷道原支護參數(shù)一致。具體優(yōu)化后回撤通道支護斷面如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后回撤通道支護斷面（單位：mm）

具體回撤通道支護優(yōu)化后回撤通道水平、垂向位移云圖如下頁圖3 所示。從圖3 中看出，通過適當增加錨桿、錨索間排距，回撤通道頂?shù)装寮跋飵臀灰屏咳员３衷谳^小范圍，其中頂?shù)装逦灰屏吭?05 mm 以內，兩幫位移量在46 mm 以內，可滿足巷道使用需要。

圖3 支護優(yōu)化后回撤通道圍巖變形模擬圖

3 現(xiàn)場應用效果分析

3.1 支護成本

在采面回采至停采線位置附近后，采用采煤機由機頭向機尾位置推進從而形成回撤通道；采煤機割煤10 m 后，即開始施工頂板錨桿、錨索，當回撤通道頂板條件變差時可適當縮小錨桿、錨索間排距。

通過對于原回撤通道支護方案以及優(yōu)化后回撤通道支護方案發(fā)現(xiàn)，兩種回撤通道支護方式均可滿足巷道圍巖控制需要，圍巖變形量均較小，但是優(yōu)化后的回撤通道支護方案在經(jīng)濟性以及施工效率等方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。具體兩種回撤通道支護方案費用對比情況見表1。

表1 支護方案優(yōu)化前后支護成本對比情況

從表1 看出，優(yōu)化后的回撤通道支護方案在確保支護強度的同時可降低支護材料使用量以及使用成本，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)錨桿（索）支護成本降低約45.7%；回撤通道支護效率更高，可縮短煤炭開采設備回撤耗時。對回撤通道支護參數(shù)優(yōu)化后，不僅可滿足回撤通道圍巖控制需求而且可取得較為顯著的經(jīng)濟效益。

3.2 圍巖支護效果分析

圍巖變形量是衡量回撤通道支護優(yōu)化效果的一個關鍵方面。在回撤通道內每隔60 m 布置一個測站，對回撤通道圍巖變形量、頂板巖層離層量以及錨桿索受力情況等進行監(jiān)測，具體回撤通道頂?shù)装?、巷幫變形量監(jiān)測結果如圖4 所示。

從圖4 中可看出，在工作面綜放設備回撤期間，回撤通道頂?shù)装遄畲笞冃瘟繛?08 mm、變形速度為4.5 mm/d，巷幫最大變形量為63 mm、變形速度為2.6 mm/d?；爻吠ǖ老锇遄冃瘟空w較小，表明優(yōu)化后的回撤通道支護方案可達到抑制回撤通道圍巖變形目的，可為工作面綜放設備回撤提供相對安全環(huán)境。

圖4 回撤通道頂?shù)装?、巷幫變形量監(jiān)測結果

4 結論

30902 綜放工作面回撤通道采用錨網(wǎng)索支護工藝，原支護參數(shù)存在支護強度高、支護密度大等特點，雖然此支護參數(shù)可滿足回撤通道圍巖控制需要，但是卻存在支護耗時長、支護費用高等問題。為此提出結合工程類比法以及數(shù)值模擬法對回撤通道支護參數(shù)進行優(yōu)化，具體是適當增加支護錨桿、錨索強度，增加支護間排，達到在滿足圍巖支護需要同時降低支護費用以及支護耗時。

對優(yōu)化后回撤通道支護參數(shù)進行設計，并進行現(xiàn)場應用。結果表明，優(yōu)化后的回撤通道支護方案不僅可滿足回撤通道圍巖控制需要，而且綜合支護成本較原支護方案降低約16.83 萬元，支護耗時縮短約47%，現(xiàn)場取得較好應用成果。