復雜條件下工作面回撤通道施工方案及支護技術

費晉華

（山西焦煤山煤國際長春興煤業有限公司，山西 大同 037101）

1 概況

焦煤山煤國際長春興煤業有限公司22307 綜采工作面可采走向長度為1574 m，傾向長度230 m，開采22#煤層，煤層平均厚度為11.3 m，煤層結構復雜，厚度較穩定，煤層總厚為9.10～13.70 m，有益厚度為7.40～9.2 m，有1～4 層夾矸，夾矸平均厚度為1.25 m。工作面回撤通道斷面規格為寬×高=4.0 m×3.5 m。

由于工作面停采線位置存在實際揭露的斷層延伸影響，頂板破碎、片幫嚴重。同時，22307 工作面末采掛網期間受斷層影響，頂板破碎、壓力顯現等情況，需對比分析并確定回撤通道施工方案，以保證工作面設備安全、高效回撤。

2 回撤通道施工方案選擇

2.1 方案一：采煤機自開回撤通道

施工方案：當工作面推進到停采線時，提前停止移架，只推輸送機，利用采煤機割煤作通道，用于工作面回撤設備，回撤通道采用“錨網索+鋼帶”支護。

（1）優點：通過錨桿、錨索的組合、懸吊、強化作用，可使頂板形成一個有機的整體，有效控制頂板的初期離層，支架回撤期間頂板下沉不明顯，施工速度較快。

（2）缺點：① 采用該方法移溜，采用單體柱方式逐段推移，勞動效率低；掛網、支護需在機道內及前部刮板輸送機上完成，且存在作業點分散、人員較多的情況，安全性較低；② 工作面施工回撤通道期間，對工作面回采影響大，采煤效率低。

2.2 方案二：掘進機預掘回撤通道

預掘回撤通道是在工作面停采線處沿工作面傾向方向預先布置一條巷道作為回撤通道，回撤通道采用“錨網索+鋼帶”支護，末采后期工作面與回撤通道貫通，綜采工作面與回撤通道合二為一，回撤通道作為出架、調架、撤架的空間。

（1）優點：該方法工藝簡單，可利用現有的掘進設備施工，而且施工回撤通道可與工作面回采平行作業，對工作面回采影響小。

（2）缺點：① 末采后期工作面與回撤通道之間的煤墻受超前支承壓力的作用，煤體破碎、壓酥，對頂板的支承作用有限，回撤通道頂板活動明顯，頂板下沉、兩幫移近明顯加大；② 受超前壓力影響，回撤巷道頂底板變形時，為保證工作面與回撤通道順利貫通，需由回撤通道向工作面施工導向孔。

2.3 方案三：液壓支架前梁掘進機掘進回撤通道

沿工作面掘進回撤通道是在工作面完成掛網后，采用掘進機沿液壓支架前梁掘進施工設備回撤通道以回撤綜采設備，回撤通道采用“柔性纖維網+錨索帶+L 型梯形棚”聯合支護。

（1）優點：① 工藝簡單，回撤通道掘進方向和工作面推進方向、超前壓力方向垂直，較方案一施工期間空頂面積小，能提高支護質量，保證頂板完整性；② 減少了工作面末采時超前壓力對回撤通道的二次影響；運煤系統簡單，使用工作面前部刮板輸送機運煤。

（2）缺點：① 回撤通道掘進期間圍巖控制難度大，需對圍巖采取合理有效的支護措施；② 掘進機掘進回撤通道時速度快，支護速度慢，圍巖很容易出現破碎。

綜上分析可得，由于22307 工作面停采線位置受斷層延伸影響，頂板破碎、片幫嚴重，為加強回撤通道頂板管理，保證工作面安全、快速回撤綜采設備，決定該工作面回撤通道采用沿液壓支架前梁掘進機掘進施工。

3 回撤通道支護技術

為了保證回撤通道施工安全，便于后期工作面機電設備快速回撤，決定對工作面回撤通道采取“柔性纖維網+錨索鋼帶+L 型梯形棚”聯合支護[1-5]。

3.1 鋪設柔性纖維網

原回撤通道頂板主要鋪設菱形鉛絲網，每卷網長度為4.0 m，寬度為2.0 m。在實際應用中發現，由于回撤通道斷面大，頂板鋪設金屬網時數量多、勞動作業強度大，而且金屬網韌性低，在應力作用下很容易出現變形現象，決定對22307 綜采工作面回撤通道頂板鋪設聚氨酯柔性纖維網。

3.1.1 柔性纖維網參數

22307 綜采工作面采用柔性纖維網為寬度50 mm 纖維帶交錯編制而成，網格規格為長×寬=100 mm×100 mm，每卷纖維網長度為60 m，寬度為10 m，纖維網橫向最大載荷強度為580 kN/m，縱向最大載荷強度為420 kN/m，每卷纖維網配備一根直徑為8 mm 鋼絲繩以及若干個滑輪和絞車盤。

3.1.2 安裝工藝

（1）當工作面液壓支架移架到位后，每隔20 m 在支架前液壓油缸上采用卡纜固定安裝一個鋼絲繩絞車盤，同時每隔5 個支架在支架頂梁上安裝一個滑輪。

（2）待第一組絞車盤及滑輪安裝完成后，將第一個絞車盤鋼絲繩抽出，并穿過第一卷柔性纖維網邊緣。出繩后將鋼絲繩固定在頂板錨桿上，通過絞盤使柔性纖維網吊起。纖維網在對通道頂板鋪設時，采用錨索鋼帶進行固定。回撤通道共計鋪設三卷纖維網。

3.2 錨索鋼帶支護

隨著回撤通道寬度逐漸增加，柔性纖維鋪設后對頂板施工錨索鋼帶進行支護。

3.2.1 錨桿鋼帶支護

（1）錨桿參數。頂板采用錨桿型號為MSGM-235/22/2.5 螺紋鋼錨桿，桿體兩側設置為無縱筋結構，便于桿體錨固效果。桿體長度為2.5 m，直徑為22 mm，錨桿延展率大于16%，抗拉強度大于490 MPa。

（2）鋼帶參數。頂板鋼帶采用長度為4.0 m、寬度為0.28 m“JW”型鋼帶，鋼帶橫截面呈“JW”型。鋼帶上布置4 個直徑為28 mm 錨桿支護孔，孔間距為1.0 m。鋼帶最大承載強度為280 MPa。

（3）支護方式。JW 型鋼帶與支架頂梁垂直布置，鋼帶采用錨桿進行固定，JW 型鋼帶布置排距為1.0 m。如圖1。

圖1 22307 回撤通道聯合支護平面示意圖（mm）

3.2.2 錨索支護

（1）錨索參數。頂板錨索型號為QKLM22-1770 型鋼絞線，長度為6.5 m，直徑為21.8 mm，設計承載力為454 kN，設計破斷力為504 kN，抗拉強度為1376 N/mm2，效率系數≥0.95%，總應變量≥2.5%。

（2）支護方式。① 頂板錨索布置間距為3.0 m，布置排距為2.0 m，兩排錨索采用邁步式布置；②錨索外露端分別安裝高預應力拱形托盤及鎖具，托盤規格為0.3 m×0.3 m。

3.3 安裝L 型梯形棚

受集中應力影響，回撤通道頂板與回采側煤壁之間的肩角煤柱很容易出現垮落現象，煤壁采用單錨桿支護很難起到預期控制作用，決定對煤壁施工L 型梯形棚。

3.3.1 煤壁單錨桿支護

煤壁共計布置3 排單錨桿，錨桿與頂板錨桿參數一致，錨桿布置間排距為1.0 m，第一排錨桿距頂板間距為0.5 m，錨桿外露端安裝一根長度為0.45 m、寬度為0.25 m“W”型鋼帶。

3.3.2 L 型梯形棚支護

（1）L 型梯形棚主要由頂梁和棚腿組成，頂梁與棚腿之間采用抱箍進行固定，呈“L”型。L 型鋼棚主要由若干根直徑為14 mm 圓鋼焊接成“梯形”狀，頂梁長度為0.5 m，棚腿長度為3.5 m，在頂梁、棚腿中部分別焊制一個直接為30 mm 支護孔。

（2）L 型梯形棚布置排距為2.0 m，支設鋼棚時棚腿緊貼煤壁，然后采用長度為2.0 m、直徑為22 mm 錨桿對棚腿、頂梁進行固定。

4 實施效果

（1）縮短了工期。與傳統回撤通道施工工藝相比，采用在支架前方用掘進機施工回撤通道實現了通道一次性成型，回撤通道施工周期縮短了7 d。

（2）提高圍巖穩定性。對22307 綜采工作面回撤通道鋪設柔性網、錨索鋼帶支護以及安裝L 型梯形棚后，提高圍巖穩定性，解決了高應力區回撤通道支護難度大、圍巖破碎嚴重等技術難題。現場實測，采取聯合支護后頂板出現局部蠕動下沉現象，下沉量為0.14 m，未造成頂板斷裂、垮落現象。