论文部分内容阅读
【摘要】为实现大采高综采工作面支架的快速、安全回撤，文章对某煤矿综采工作面支架回撤技术进行了对比与选择分析，并详细分析了在复杂地质条件下综放工作面设备及支架回撤的支护方案及安全技术，为今后综放工作面设备及支架回撤工作提供技术借鉴。
【关键词】综采工作面；回撤工艺；支护技术
1.支架回撤方案确定
1.1 大采高综采工作面地质概况
某煤矿工作面走向长1600～1650m，倾斜长202.6m。东南为断层煤柱，西邻西翼轨道运输巷，南为未采的工作面，北为工业场地保护煤柱。该工作面所采煤层平均厚度5.8m，全区可采，属较稳定型厚煤层。煤层沿倾斜方向倾角1.1°～5.7°，平均3.4°，推进方向近似煤层走向。煤层节理、层理发育，煤的硬度0.98～1.80，视密度1.46t/m3。煤以块煤为主，上部有厚1m左右的糜棱状、粒状煤，局部含有夹矸及炭质泥岩伪顶，煤层结构简单。
1.2 工作面回撤方案的确定
本工作面采用ZY13000/25/50型支撑掩护式支架，最大控顶距5.47m，最小控顶距4.67m，支架中心距1.75m，端面距小于340mm，重量为40t。回撤时支架最低，全长7.47m，根据作图分析计算和经验计算法，中间架回撤梁端距需2.4m。因此支架回撤时回撤空间跨度应在10m左右。支架回撤空间的高度应考虑支架活柱全部下落后顺利回出时所需的高度，根据支架特性，回撤空间高度确定为3m。
针对该工作面的生产地质条件和支架回撤对回撤空间的要求，提出以下可行方案：
方案一：预掘回撤通道，随推进铺网上绳
预先在停采线位置开掘平行于工作面的一条宽度为4m的回撤巷道，在距回撤通道10m时开始铺网上绳，待工作面推进至回撤巷时，将工作面采直，并达到规定采高，将工作面与回撤巷道平行贯通，从回撤巷向外回撤液压支架。
优点：从辅助回撤巷回撤支架，提高了回撤速度。缺点：需要预先开掘一条回撤巷道，增加了工程量和材料消耗；回撤巷道要经受动压影响；末采时为保证支架安全，铺网上绳困难，推进速度慢，煤墙片帮，架前漏顶，工作面支护难度大，管理困难。
方案二：预掘回撤辅道作铺网上绳空间，停采后施工回撤通道
首先在工作面回采期间，采用综掘机施工6.5m宽的巷道，预先铺网上绳；然后距停采线4m时，停止工作面生产扩刷4m，作为磨架空间。优点：回撤空间分两次施工，第一次掘进支护6.5m巷道顶板，是比较成熟技术；设备快速推进至锚网索支护顶板下，有利于剩余4m回撤空间的顶板支护；管理较简单。缺点：在大采高采动影响条件下需掘进4m宽的架前巷道，巷道支护困难。
通过以上优缺点比较，确定采用方案二。
2.支护方案
2.1 支护原则
设计的回撤通道宽6.5m，高3m，属于大断面巷道，且承受强烈动压影响。采取合理的支护方式是确保回撤通道支护质量关键。根据目前巷道支护的研究效果，结合该工作面的具体情况，提出回撤通道支护的思路：强化顶板：采用高强锚杆、锚索组合支护提高顶板支承能力；减小跨度：在巷道中间设置单体支柱，以达到减跨目的；强化煤体：对回撤通道两侧煤体进行注浆，强化煤体，提高其残余强度。
2.2 支护参数
2.2.1 一次支护
支护设计如图1所示。
支护参数如下：①顶板支护。顶板采用9根锚杆支护，间排距750mm×800mm。挂经纬网及钢筋梯（W钢带）。锚杆采用无纵筋左旋螺纹钢高强锚杆，材质为HRB500的特殊钢材，规格型号为MSGLW-50020/2400，配套产品有拱形托盘和高强螺母。用2支Z2350型树脂锚固剂锚固。锚杆扭矩不小于200N?m，锚固力不小于170kN。全断面铺φ6.0mm冷拔钢筋网，挂钢筋梯。金属网片规格2100mm×1100mm，网孔100mm×100mm，网片搭接宽度100mm，每隔一个网格用14#铅丝绑扎，钢筋梯用Q235圆钢加工。②巷帮支护。采空侧采用5根无纵筋左旋螺纹钢高强锚杆支护，间排距800mm×800mm。配钢筋梯、经纬网材质及质量要求同上。煤柱侧采用4根短锚索支护，规格φ17.8×4500mm，间排距1000mm×800mm。采用4支Z2350型树脂锚固剂锚固，锚固力不小于170kN。③顶板采用锚索补强。间排距均为1600mm×1600mm，锚索规格φ21.6×10300mm。④在巷道中间布置两排单体支柱起减垮作用，单体柱顶板采用铰接顶梁，一梁两柱，柱距0.5m，梁长1.0m，单体柱底板采用槽钢梁作为柱靴。
2.2.2 二次支护
掘进结束后在工作面超前支承压力来临前，完成上网上绳工作后，此时进行二次支护。
采用木垛加强支护巷道顶板。每排2个木垛（松木），间距（中-中）2m；排距（中-中）2.25m。间距小的原因是在推进方向上木垛会发生倾斜，防治倒塌；排距大的原因，为采动影响下底鼓提供释放空间。打设木垛之前铺双层菱形金属网；挂10根钢丝绳，间距0.8m。
2.2.3 预掘通道两侧
采取预注化学浆方法进行破碎煤体加固，钻孔布置示意图如图2所示。对预掘巷道外侧走向7m宽度范围，倾向214.5m长度范围的破碎顶板实施整体加固。布孔方案主要着眼于浆液扩散效果，根据前期试验结果，采用化学注浆时浆液扩散半径能在2m左右，为保证相邻注浆孔浆液扩散能够形成重迭，不留空白带，同时在顶板上形成一定厚度的注浆区域。
在煤壁布置一排注浆钻孔，注浆参数：采空側煤壁距顶200mm长短孔间隔布置。长孔参数：深5000mm，仰角25°；浅孔：深2500mm，仰角42°。深浅孔间隔布置，孔距2000mm。回撤通道采空侧帮注浆孔示意图如3所示。通过长短注浆孔的使用，可以保证预掘巷道靠近工作面一侧4m范围内顶板破碎岩体得到有效固结。
在煤壁布置一排注浆孔，孔深2500mm，可水平布孔，孔间距3m。主要用于加固采空侧煤壁。
3.回撤通道顶板离层监测
为了解支护对顶板的控制效果，保证回撤通道内顶板的安全，在回撤巷道中共布置5个顶板离层仪，浅基点位移基本未发生变化，深基点位移在工作面距回撤通道7.5m时开始变化，并且随着工作面的推进，位移不断增加，距1.4m时为23.3mm，最大位移量为27mm。工作面与回撤通道贯通后，支架按照原定计划进入回撤通道，然后又向前扩刷了4m，满足了磨架所需空间，最后成功地回撤了工作面设备。
4.结语
综上所述，笔者根据该工作面的实际情况与工作经验，确定了一套切实可行的回撤工艺，使得支架设备顺利回撤，并确保了工作面设备回撤作业安全，对大采高综采工作面的施工具有一定的参考及指导意义。
【关键词】综采工作面；回撤工艺；支护技术
1.支架回撤方案确定
1.1 大采高综采工作面地质概况
某煤矿工作面走向长1600～1650m，倾斜长202.6m。东南为断层煤柱，西邻西翼轨道运输巷，南为未采的工作面，北为工业场地保护煤柱。该工作面所采煤层平均厚度5.8m，全区可采，属较稳定型厚煤层。煤层沿倾斜方向倾角1.1°～5.7°，平均3.4°，推进方向近似煤层走向。煤层节理、层理发育，煤的硬度0.98～1.80，视密度1.46t/m3。煤以块煤为主，上部有厚1m左右的糜棱状、粒状煤，局部含有夹矸及炭质泥岩伪顶，煤层结构简单。
1.2 工作面回撤方案的确定
本工作面采用ZY13000/25/50型支撑掩护式支架，最大控顶距5.47m，最小控顶距4.67m，支架中心距1.75m，端面距小于340mm，重量为40t。回撤时支架最低，全长7.47m，根据作图分析计算和经验计算法，中间架回撤梁端距需2.4m。因此支架回撤时回撤空间跨度应在10m左右。支架回撤空间的高度应考虑支架活柱全部下落后顺利回出时所需的高度，根据支架特性，回撤空间高度确定为3m。
针对该工作面的生产地质条件和支架回撤对回撤空间的要求，提出以下可行方案：
方案一：预掘回撤通道，随推进铺网上绳
预先在停采线位置开掘平行于工作面的一条宽度为4m的回撤巷道，在距回撤通道10m时开始铺网上绳，待工作面推进至回撤巷时，将工作面采直，并达到规定采高，将工作面与回撤巷道平行贯通，从回撤巷向外回撤液压支架。
优点：从辅助回撤巷回撤支架，提高了回撤速度。缺点：需要预先开掘一条回撤巷道，增加了工程量和材料消耗；回撤巷道要经受动压影响；末采时为保证支架安全，铺网上绳困难，推进速度慢，煤墙片帮，架前漏顶，工作面支护难度大，管理困难。
方案二：预掘回撤辅道作铺网上绳空间，停采后施工回撤通道
首先在工作面回采期间，采用综掘机施工6.5m宽的巷道，预先铺网上绳；然后距停采线4m时，停止工作面生产扩刷4m，作为磨架空间。优点：回撤空间分两次施工，第一次掘进支护6.5m巷道顶板，是比较成熟技术；设备快速推进至锚网索支护顶板下，有利于剩余4m回撤空间的顶板支护；管理较简单。缺点：在大采高采动影响条件下需掘进4m宽的架前巷道，巷道支护困难。
通过以上优缺点比较，确定采用方案二。
2.支护方案
2.1 支护原则
设计的回撤通道宽6.5m，高3m，属于大断面巷道，且承受强烈动压影响。采取合理的支护方式是确保回撤通道支护质量关键。根据目前巷道支护的研究效果，结合该工作面的具体情况，提出回撤通道支护的思路：强化顶板：采用高强锚杆、锚索组合支护提高顶板支承能力；减小跨度：在巷道中间设置单体支柱，以达到减跨目的；强化煤体：对回撤通道两侧煤体进行注浆，强化煤体，提高其残余强度。
2.2 支护参数
2.2.1 一次支护
支护设计如图1所示。
支护参数如下：①顶板支护。顶板采用9根锚杆支护，间排距750mm×800mm。挂经纬网及钢筋梯（W钢带）。锚杆采用无纵筋左旋螺纹钢高强锚杆，材质为HRB500的特殊钢材，规格型号为MSGLW-50020/2400，配套产品有拱形托盘和高强螺母。用2支Z2350型树脂锚固剂锚固。锚杆扭矩不小于200N?m，锚固力不小于170kN。全断面铺φ6.0mm冷拔钢筋网，挂钢筋梯。金属网片规格2100mm×1100mm，网孔100mm×100mm，网片搭接宽度100mm，每隔一个网格用14#铅丝绑扎，钢筋梯用Q235圆钢加工。②巷帮支护。采空侧采用5根无纵筋左旋螺纹钢高强锚杆支护，间排距800mm×800mm。配钢筋梯、经纬网材质及质量要求同上。煤柱侧采用4根短锚索支护，规格φ17.8×4500mm，间排距1000mm×800mm。采用4支Z2350型树脂锚固剂锚固，锚固力不小于170kN。③顶板采用锚索补强。间排距均为1600mm×1600mm，锚索规格φ21.6×10300mm。④在巷道中间布置两排单体支柱起减垮作用，单体柱顶板采用铰接顶梁，一梁两柱，柱距0.5m，梁长1.0m，单体柱底板采用槽钢梁作为柱靴。
2.2.2 二次支护
掘进结束后在工作面超前支承压力来临前，完成上网上绳工作后，此时进行二次支护。
采用木垛加强支护巷道顶板。每排2个木垛（松木），间距（中-中）2m；排距（中-中）2.25m。间距小的原因是在推进方向上木垛会发生倾斜，防治倒塌；排距大的原因，为采动影响下底鼓提供释放空间。打设木垛之前铺双层菱形金属网；挂10根钢丝绳，间距0.8m。
2.2.3 预掘通道两侧
采取预注化学浆方法进行破碎煤体加固，钻孔布置示意图如图2所示。对预掘巷道外侧走向7m宽度范围，倾向214.5m长度范围的破碎顶板实施整体加固。布孔方案主要着眼于浆液扩散效果，根据前期试验结果，采用化学注浆时浆液扩散半径能在2m左右，为保证相邻注浆孔浆液扩散能够形成重迭，不留空白带，同时在顶板上形成一定厚度的注浆区域。
在煤壁布置一排注浆钻孔，注浆参数：采空側煤壁距顶200mm长短孔间隔布置。长孔参数：深5000mm，仰角25°；浅孔：深2500mm，仰角42°。深浅孔间隔布置，孔距2000mm。回撤通道采空侧帮注浆孔示意图如3所示。通过长短注浆孔的使用，可以保证预掘巷道靠近工作面一侧4m范围内顶板破碎岩体得到有效固结。
在煤壁布置一排注浆孔，孔深2500mm，可水平布孔，孔间距3m。主要用于加固采空侧煤壁。
3.回撤通道顶板离层监测
为了解支护对顶板的控制效果，保证回撤通道内顶板的安全，在回撤巷道中共布置5个顶板离层仪，浅基点位移基本未发生变化，深基点位移在工作面距回撤通道7.5m时开始变化，并且随着工作面的推进，位移不断增加，距1.4m时为23.3mm，最大位移量为27mm。工作面与回撤通道贯通后，支架按照原定计划进入回撤通道，然后又向前扩刷了4m，满足了磨架所需空间，最后成功地回撤了工作面设备。
4.结语
综上所述，笔者根据该工作面的实际情况与工作经验，确定了一套切实可行的回撤工艺，使得支架设备顺利回撤，并确保了工作面设备回撤作业安全，对大采高综采工作面的施工具有一定的参考及指导意义。