复杂条件下工作面回撤通道施工方案及支护技术

费晋华

（山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司，山西 大同 037101）

1 概况

焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司22307 综采工作面可采走向长度为1574 m，倾向长度230 m，开采22#煤层，煤层平均厚度为11.3 m，煤层结构复杂，厚度较稳定，煤层总厚为9.10～13.70 m，有益厚度为7.40～9.2 m，有1～4 层夹矸，夹矸平均厚度为1.25 m。工作面回撤通道断面规格为宽×高=4.0 m×3.5 m。

由于工作面停采线位置存在实际揭露的断层延伸影响，顶板破碎、片帮严重。同时，22307 工作面末采挂网期间受断层影响，顶板破碎、压力显现等情况，需对比分析并确定回撤通道施工方案，以保证工作面设备安全、高效回撤。

2 回撤通道施工方案选择

2.1 方案一：采煤机自开回撤通道

施工方案：当工作面推进到停采线时，提前停止移架，只推输送机，利用采煤机割煤作通道，用于工作面回撤设备，回撤通道采用“锚网索+钢带”支护。

（1）优点：通过锚杆、锚索的组合、悬吊、强化作用，可使顶板形成一个有机的整体，有效控制顶板的初期离层，支架回撤期间顶板下沉不明显，施工速度较快。

（2）缺点：① 采用该方法移溜，采用单体柱方式逐段推移，劳动效率低；挂网、支护需在机道内及前部刮板输送机上完成，且存在作业点分散、人员较多的情况，安全性较低；② 工作面施工回撤通道期间，对工作面回采影响大，采煤效率低。

2.2 方案二：掘进机预掘回撤通道

预掘回撤通道是在工作面停采线处沿工作面倾向方向预先布置一条巷道作为回撤通道，回撤通道采用“锚网索+钢带”支护，末采后期工作面与回撤通道贯通，综采工作面与回撤通道合二为一，回撤通道作为出架、调架、撤架的空间。

（1）优点：该方法工艺简单，可利用现有的掘进设备施工，而且施工回撤通道可与工作面回采平行作业，对工作面回采影响小。

（2）缺点：① 末采后期工作面与回撤通道之间的煤墙受超前支承压力的作用，煤体破碎、压酥，对顶板的支承作用有限，回撤通道顶板活动明显，顶板下沉、两帮移近明显加大；② 受超前压力影响，回撤巷道顶底板变形时，为保证工作面与回撤通道顺利贯通，需由回撤通道向工作面施工导向孔。

2.3 方案三：液压支架前梁掘进机掘进回撤通道

沿工作面掘进回撤通道是在工作面完成挂网后，采用掘进机沿液压支架前梁掘进施工设备回撤通道以回撤综采设备，回撤通道采用“柔性纤维网+锚索带+L 型梯形棚”联合支护。

（1）优点：① 工艺简单，回撤通道掘进方向和工作面推进方向、超前压力方向垂直，较方案一施工期间空顶面积小，能提高支护质量，保证顶板完整性；② 减少了工作面末采时超前压力对回撤通道的二次影响；运煤系统简单，使用工作面前部刮板输送机运煤。

（2）缺点：① 回撤通道掘进期间围岩控制难度大，需对围岩采取合理有效的支护措施；② 掘进机掘进回撤通道时速度快，支护速度慢，围岩很容易出现破碎。

综上分析可得，由于22307 工作面停采线位置受断层延伸影响，顶板破碎、片帮严重，为加强回撤通道顶板管理，保证工作面安全、快速回撤综采设备，决定该工作面回撤通道采用沿液压支架前梁掘进机掘进施工。

3 回撤通道支护技术

为了保证回撤通道施工安全，便于后期工作面机电设备快速回撤，决定对工作面回撤通道采取“柔性纤维网+锚索钢带+L 型梯形棚”联合支护[1-5]。

3.1 铺设柔性纤维网

原回撤通道顶板主要铺设菱形铅丝网，每卷网长度为4.0 m，宽度为2.0 m。在实际应用中发现，由于回撤通道断面大，顶板铺设金属网时数量多、劳动作业强度大，而且金属网韧性低，在应力作用下很容易出现变形现象，决定对22307 综采工作面回撤通道顶板铺设聚氨酯柔性纤维网。

3.1.1 柔性纤维网参数

22307 综采工作面采用柔性纤维网为宽度50 mm 纤维带交错编制而成，网格规格为长×宽=100 mm×100 mm，每卷纤维网长度为60 m，宽度为10 m，纤维网横向最大载荷强度为580 kN/m，纵向最大载荷强度为420 kN/m，每卷纤维网配备一根直径为8 mm 钢丝绳以及若干个滑轮和绞车盘。

3.1.2 安装工艺

（1）当工作面液压支架移架到位后，每隔20 m 在支架前液压油缸上采用卡缆固定安装一个钢丝绳绞车盘，同时每隔5 个支架在支架顶梁上安装一个滑轮。

（2）待第一组绞车盘及滑轮安装完成后，将第一个绞车盘钢丝绳抽出，并穿过第一卷柔性纤维网边缘。出绳后将钢丝绳固定在顶板锚杆上，通过绞盘使柔性纤维网吊起。纤维网在对通道顶板铺设时，采用锚索钢带进行固定。回撤通道共计铺设三卷纤维网。

3.2 锚索钢带支护

随着回撤通道宽度逐渐增加，柔性纤维铺设后对顶板施工锚索钢带进行支护。

3.2.1 锚杆钢带支护

（1）锚杆参数。顶板采用锚杆型号为MSGM-235/22/2.5 螺纹钢锚杆，杆体两侧设置为无纵筋结构，便于杆体锚固效果。杆体长度为2.5 m，直径为22 mm，锚杆延展率大于16%，抗拉强度大于490 MPa。

（2）钢带参数。顶板钢带采用长度为4.0 m、宽度为0.28 m“JW”型钢带，钢带横截面呈“JW”型。钢带上布置4 个直径为28 mm 锚杆支护孔，孔间距为1.0 m。钢带最大承载强度为280 MPa。

（3）支护方式。JW 型钢带与支架顶梁垂直布置，钢带采用锚杆进行固定，JW 型钢带布置排距为1.0 m。如图1。

图1 22307 回撤通道联合支护平面示意图（mm）

3.2.2 锚索支护

（1）锚索参数。顶板锚索型号为QKLM22-1770 型钢绞线，长度为6.5 m，直径为21.8 mm，设计承载力为454 kN，设计破断力为504 kN，抗拉强度为1376 N/mm2，效率系数≥0.95%，总应变量≥2.5%。

（2）支护方式。① 顶板锚索布置间距为3.0 m，布置排距为2.0 m，两排锚索采用迈步式布置；②锚索外露端分别安装高预应力拱形托盘及锁具，托盘规格为0.3 m×0.3 m。

3.3 安装L 型梯形棚

受集中应力影响，回撤通道顶板与回采侧煤壁之间的肩角煤柱很容易出现垮落现象，煤壁采用单锚杆支护很难起到预期控制作用，决定对煤壁施工L 型梯形棚。

3.3.1 煤壁单锚杆支护

煤壁共计布置3 排单锚杆，锚杆与顶板锚杆参数一致，锚杆布置间排距为1.0 m，第一排锚杆距顶板间距为0.5 m，锚杆外露端安装一根长度为0.45 m、宽度为0.25 m“W”型钢带。

3.3.2 L 型梯形棚支护

（1）L 型梯形棚主要由顶梁和棚腿组成，顶梁与棚腿之间采用抱箍进行固定，呈“L”型。L 型钢棚主要由若干根直径为14 mm 圆钢焊接成“梯形”状，顶梁长度为0.5 m，棚腿长度为3.5 m，在顶梁、棚腿中部分别焊制一个直接为30 mm 支护孔。

（2）L 型梯形棚布置排距为2.0 m，支设钢棚时棚腿紧贴煤壁，然后采用长度为2.0 m、直径为22 mm 锚杆对棚腿、顶梁进行固定。

4 实施效果

（1）缩短了工期。与传统回撤通道施工工艺相比，采用在支架前方用掘进机施工回撤通道实现了通道一次性成型，回撤通道施工周期缩短了7 d。

（2）提高围岩稳定性。对22307 综采工作面回撤通道铺设柔性网、锚索钢带支护以及安装L 型梯形棚后，提高围岩稳定性，解决了高应力区回撤通道支护难度大、围岩破碎严重等技术难题。现场实测，采取联合支护后顶板出现局部蠕动下沉现象，下沉量为0.14 m，未造成顶板断裂、垮落现象。