综采工作面末采期间回撤通道矿压显现规律及岩层控制研究

朱家胜

（1.中国神华神东煤炭集团 补连塔煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

综采工作面末采期间回撤通道矿压显现规律及岩层控制研究

朱家胜

（1.中国神华神东煤炭集团 补连塔煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

通过理论分析和现场观测，研究了补连塔煤矿采用辅巷多通道的回撤方式进行搬家倒面的矿压特征规律，介绍了综采工作面辅巷多通道主回撤区岩层控制的基本对策--主动支护和被动支护相结合，其中主动支护采用锚杆、锚索、网片等顶板加固来提高围岩自承能力的方法。这一研究成果可给同类条件下的矿井提供参考。

综采工作面；回撤通道；矿压显现；岩层控制

1 概述

补连塔煤矿采用辅巷多通道的回撤方式进行搬家倒面工作（此种方法在神东矿区广泛使用），取得良好效果，工作进度快、费用低，促进矿井高产高效。补连塔煤矿12号煤顶底板，属于软弱岩层，受采动影响顶板极易破碎垮落、控制困难，严重制约着设备回撤工作，增加了搬家倒面的费用和施工的危险性[1-5]。对此，采取了顶板注浆加固和液压支架等措施，对回撤通道顶板进行加强支护；但12403工作面设备回撤的现场工作表明，搬家过程中存在着影响施工进程的困难。例如：煤壁片帮严重、单体液压支柱损坏较多，导致搬家倒面进展缓慢，影响着矿井的正常接续生产和高产高效矿井建设[6-7]。

针对补连塔煤矿顶板条件对设备回撤带来的困难，开展本项目研究时，采用现场监测和理论分析方法，探讨工作面收尾阶段顶板运动规律及主回撤通道围岩变形特征，进行顶板结构特征和支架-围岩关系研究。主要研究内容：回撤期间工作面顶板运动特征及岩层运动引起的矿压显现规律；收尾阶段采煤工艺对回撤通道矿压显现的影响；设备回撤过程中工作面和主回撤通道内岩层运动、顶板结构和矿压显现特征；主回撤通道围岩控制优化。

2 矿压观测

2.1 收尾阶段工作面顶板运动规律及矿压显现

12403工作面采用液压支架，其左、右立柱上均装压力传感器，数值可动态显示在PM32上，经网线将支架PM32上显示的数据传送到地面，用专业的支架数据监控软件，可把采煤机割煤曲线和顶板载荷数据动态直观地显示在电脑屏幕上，距离200m时开始对支架压力进行连续自动监测，监测工作直到与主回撤通道贯通后结束。

工作面直接顶厚度约5m，基本顶厚度约20m，周期来压步距9.8m～14.9m，平均为12.4m；老顶周期来压时，支架平均工作阻力约9 000 kN；顶板明显运动前支架工作阻力平均约7 200 kN；工作面推进过程中有明显片帮，高度方向主要集中在煤壁中上部，机头部片帮较轻。采场直接顶类别为Ⅱ类，即不稳定顶板；基本顶为Ⅵ级，即来压非常强烈。

2.2 回撤通道顶板运动特征及矿压显现

主回撤通道5个联巷垛式支架分别布置1个测区，并对5个联巷附近支架进行活柱下缩量的监测，还对片帮、顶板冒落、顶板淋水等宏观矿压显现的观测。监测工作从工作面距主回撤通道约14m开始，至支架被撤出并封闭采空区结束。

1)主回撤通道顶板受采动影响较大，顶板纵向超前破裂和层间错动、顶板整体下沉，正帮和副帮煤壁片帮严重；联络巷局部有煤壁片帮，辅回撤通道局部有煤壁片帮。

2)采动对回撤通道的影响分为：采动影响相对稳定阶段、采动影响突变阶段、采动影响显著阶段。

工作面处于主回撤通道前方约11m时，采动对回撤通道影响不明显。顶板下沉量约5.1mm-21.2 mm；垛式支架工作阻力一般为5 000 kN，基本处于初撑状态,巷道煤壁片帮不明显。

工作面处于主回撤通道前11m～4m时，采动对通道影响产生增大突变。支架工作阻力增至8 000 kN～9 800 kN，顶板下沉总量达168mm～384mm。主回撤通道副帮片帮严重，最大达800mm，正帮片帮明显增加，此时前方顶板和煤体的破裂处于最活跃时期。

工作面处于主回撤通道前方4m～0m时，采动对通道的影响处于最强烈阶段。支架工作阻力处于最高状态约10 000 kN，顶板下沉量总量线性升至500mm左右。此时煤壁片帮严重，几乎没有成形的煤壁，单体折损数量增加，两帮支护处于半失效状态，顶板和煤体的破裂运动趋于平稳。

3)工作面贯通后，围岩变形持续增加：支架压力处于最大阻力，并保持恒定阻力，顶板下沉量继续线性增到722mm左右，回撤期间顶板下沉增量为163mm～280mm；煤壁片帮继续加剧；局部导致支架无法回撤。

3 支护方案

根据矿压实测，采用矿压理论和数值模拟定量分析后，揭示了综采工作面辅巷多通道主回撤区岩层控制的基本对策：主回撤通道支护基本对策是主动支护和被动支护相结合。其中，主动支护采用锚杆、锚索、网片等顶板加固来提高围岩自承能力的方法，可以增加顶板整体性和刚度，是回撤区域围岩控制的基础，可以防止岩层的切顶和冒落。被动支护主要是主回撤通道区域内采取垛式支架等方法，即顶板采用锚杆（Φ18mm×2 100mm）+锚索（Φ17.8mm×8000mm）+W钢带、副帮锚杆+局部顶板加注马丽散，或顶板锚杆+锚索+W钢带、副帮锚杆+锚索+W钢带。

主回撤通道区内顶板压力计算模型，按照最危险工况，顶板压力（P1）由直接顶和基本顶岩层产生，计算得到沿主回撤通道轴向方向顶板压力为8 620 kN/m。

同时辅助以阻力为10 000 kN的垛式支架。12403工作面被动支护形式和参数为：10 000 kN垛式支架+排距750mm单体支护，支护强度9520 kN/m，大于顶板压力8 620 kN/m，顶板破碎，空顶效果差。

建议被动支护形式和参数：采用12000 kN的垛式支架，支护强度要大于顶板压力，取消主回撤通道内单体数量。对应的主动支护顶板采用锚索+矿用11号工字钢+副帮锚索；或采用10 000 kN的垛式支架，主动支护采用锚索+W钢带+局部注马丽散。

4 结束语

采用现场监测和理论分析方法，对补连塔煤矿设备回撤矿压规律和支护的研究，得出了该围岩条件下补连塔煤矿12403工作面收尾阶段工作面顶板运动和冒落特征，提出了该煤矿工作面收尾采取合适的回采工艺和设备回撤岩层控制技术及措施。

[1] 钱铭高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]Shaoqing NIU，Shuangsuo YANG，Lei CUI.Research on the Characteristics of Strain-softening Model after Peak Based on Morh-Cloumb Theory Criterion[J].Advanced Materials Research，(2011)：1439-1443.

[3] 牛少卿，杨双锁，王志刚，寇永嘉.非均匀水平应力场中井壁结构的优化设计研究[J].山西大同大学学报(自然科学版)，2010，26(3):60-63.

[4] 王思红，牛少卿，寇永嘉.松软破碎硐室群围岩稳定性数值分析[J].山西煤炭，2010，30(7):40-42.

[5] 杨双锁.回采巷道围岩控制理论及锚固结构支护原理[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[6] 杨双锁.煤矿回采巷道围岩控制理论探讨[J].煤炭学报，2001，35(11):1842-1853.

[7] 杨双锁，曹建平.锚杆受力演变机理及其与合理锚固长度的相关性[J].采矿与安全工程学报，2010，27(1):1-7.

Strata Behavior and Control of Retreating Channels in Fully-mechanized W orking Face during the Last M ining Phase

ZHU Jia-sheng

(Bulianta Mine,Shenhua Shendong Coal Group,Ordos City Inner Mongolia 017209)

By theoretic analysis and field observation,the study focuses on strata behavior characteristics in the process of equipment removal with auxiliary multi-channel retreating and introduces strata controlmeasures for themain retreating area:combination of active support and passive support.The active support adopts anchors,cables,and meshes to reinforce roofs in order to increase the self-supporting capability of surrounding rocks.The study can be used in othermineswith similar conditions.

fully-mechanized working face;retreating channel;strata behavior;strata control

TD353

A

1672-5050（2011）09-0027-03

2011-04-12

朱家胜（1976—），男，内蒙古察右中旗人，硕士，从事矿山压力与岩石力学研究。

刘新光