综采工作面回撤通道支护优化研究

李乐飞

（晋能控股煤业地煤树儿里煤业有限公司， 山西 大同 037000）

0 引言

根据晋能控股下属煤矿实际情况，在过往实际生产时，使用长度为4 m 的11 号型矿工钢和单体柱进行搭配，完成回撤通道顶板的支护。矿工钢的两侧分别顶在支架顶梁之上和煤壁处，然后升高单体柱顶紧和支架一起支护。在每个液压支架上架设2 个中间间隔0.7 m 的工字钢，再通过8 号型铁丝加固；煤壁采用锚杆与菱形网支护及贴帮柱支护两种方法，单体柱之间相隔0.7 m。在菱形网进行使用过程中，工人需要对其拼接，由于拼接处受力问题会时常出现断裂现象，而且由于其他钢材和柱体质量较大，实际施工进度较为缓慢。为了实现矿井下高效开采，对井下工作面进行研究，设计出一种采取柔性聚酯增强塑料网（下文简称为“呼柔性网”）和锚索一起使用的铺网工艺，用以在回撤通道安全施工。

1 回撤通道

1.1 回撤通道区域围岩结构分析

4204 工作面情况如下：长度约1 480 m，倾斜长约180 m，倾角在3°～8°之间，煤层厚度平均约3.2 m。为了科学地选择支护回撤通道的工作参数，首先要选择测点，根据实际需要在工作面的胶带选择一个测点，在回风顺槽选择一个测点；然后布置其具体的位置，选择回撤通道和交代顺槽连接处作为第一测点，选择回撤通道和回风顺槽连接处作为第二测点。接着对围岩情况进行研究分析。

结合第一点的观测结果与所查阅的相关文献资料进行对比研究，结果显示：第一点顶板上方有1.8 m的灰黑色泥岩，在该处围岩有裂隙；在上方1.8～7.4 m之间有灰色的粉砂岩，该处围岩完整；在上方7.4～18 m之间有钙质胶结的细砂岩，该处围岩层理均匀，其中部10～13.6 m 间含煤线夹层；在上方18～20 m 之间有灰色的粉砂岩，该处围岩完整。

结合第二点的观测结果与所查阅的相关文献资料进行对比研究，结果显示：第二点顶板上方有2.3 m的灰色泥岩，其间2.1 m 处有显著裂隙；在上方2.3～8.1 m 之间有灰色的粉砂岩，该处围岩层理均匀，其间5 m 处有煤线夹层；在上方8.1～18 m 之间有灰黑色细砂岩，该处围岩呈波状纹理，其间15.7 m 处有煤线夹层；在上方18～20 m 之间有灰色粉砂岩，该处围岩完整。在两处测点的顶板上方2.3 m 内围岩主要是不牢固、易破碎的易泥岩，2.3～7.4 m 之间主要是几乎未损坏的粉砂岩。

1.2 回撤通道支护设计

通过顶板岩层的情况来看，支护直接接触的区域为容易破碎的泥岩层，为了改善顶板的离层冒落问题，需要针对顶板上方2.3 m内的岩层进行控制。解决方法为：锚索穿过泥岩层主要固定在完整的粉砂岩层内，两岩层能够形成组合，上方牢固的粉砂岩层也能通过锚索悬吊起下方的泥岩。顶板支护和帮部支护采取锚索、钢带、钢丝绳与柔性网进行搭配的方式，可以降低工作人员的劳动强度，有效提高工作效率，实现安全生产[1]。

2 设计参数的确定

2.1 锚索技术参数

为了满足一定的安全要求和经济性要求，按照采取高强度及刚度、低支护密度的准则来进行选择锚索。首先锚索需要满足高的强度、刚度来维持支护能够具备一定的可靠性，在此基础上，低支护密度可以降低工人的频繁劳动，提高工作效率，从而提高开采速度。

2.1.1 锚索长度的确定

锚索长度主要包括3 段，分别为外露、有效、锚固段。在实际选取锚索的长度时，为了足够的安全性，需要取标准中要求的最大长度。回撤通道总跨度4.2 m，按照组合拱理论进行计算公式为：

式中：L 为相应的锚索长度，m；K 为相应的安全系数，取2；h 为冒落高度，m；l1为相应的锚索锚入稳定岩层的深度，取1.5 m；l2为相应的锚索在巷道中的外露长度，取0.3 m；b 为相应的巷道宽度，取4.2 m；f 为相应的顶部岩石坚固性系数，取2。

经上述计算，解得的锚索总长度L 是3.9 m，结合巷道顶板的岩层结构，选择4.3 m 长度的锚索比较合理。

2.1.2 锚索间距、排距的确定

锚索的间距和排距由式（3）计算得到。

式中：la为相应的锚索间距，m；F 为相应的锚索最大抗拉拔力，要求达到200 kN 以上，取200 kN；h' 为相应的顶板松动高度范围，取2.3 m；ρ 为相应的被悬吊岩层的密度，取岩石平均值2 640 kg/m3。

经上述计算，解得的Ia是1.29 m，结合实际情况，选择为1 m 的间距和排距。

2.2 柔性网技术参数

为了避免小型岩块的破碎掉落，柔性网必不可少，它可以附着在巷道的表层，阻挡岩块垮掉，同时传递锚杆的受力载荷给锚索。本文所使用的是一种新型树脂纤维聚合网材的柔性网。

铺网长度顺着工作方向顶板铺设的长度来选取，根据式（4）计算：

式中：b1为柔性网工作方向铺设长度，m；l1为液压支架梁端距，取4.2 m；l2为支架顶梁长，取4.35 m；l3为支架顶部距底板距离，取3.2 m；l4为煤帮预留柔性网长度，取3 m；lD为采空区矸石埋网长度，取2.3 m，此处为满足实际使用，选择3 m。

经过计算解得b1是17.75 m，最终选择柔性网工作方向铺设长度是18 m。

柔性网长度的影响因素很多，包括切眼长度、网的规格参数、运输受限等多方面。针对本文4204 工作面长度约180 m，选取1 片参数长为190 m、宽为18 m的柔性网，网的两侧分别超过煤壁5 m。

贯穿工作面的钢丝绳参数为长190 m、直径21.5 mm，放置8 根于支架上部，其间隔为1 m。

2.3 柔性网在回撤通道形成中的应用

2.3.1 安装绞盘

在末采时，先装好绞盘、定滑轮。所有的绞盘装配在液压支架上，位置在靠机尾的立柱上，最好处于立柱柱筒上方300 mm 高。钢绞线绕定滑轮，一端过支架上端吊环，预留5 m 的活头。总计121 个液压支架，钢绞线参数为长25 m、直径6 mm[2]。

2.3.2 铺网施工流程

1）在采煤机进行工作截割煤体前，人工绞起柔性网片，随后进行截割。

2）在采煤机完成截割后，绕动绞盘放松柔性网，随之完成跟机拉架动作。

3）在拉架动作完成后，人工绞起柔性网片，进行清理浮煤工作。

2.3.3 回撤通道的形成

综采面铺网后，再向前掘进10 m，然后拆卸下运煤溜槽的推拉杆，移架暂停，手动操作单体液压支柱控制溜槽完成截割煤体工作，在截割4.2 m 后暂停开采，然后延伸纤维网、钢丝绳到回撤通道，对顶板和帮部的支护如图1 所示。

图1 回撤通道支护示意图

2.3.4 支护形成后的矿压监侧及结果分析

回撤通道支护完成后，通道里选取3 个测点以监测顶板的下沉状态，表1 为测点的检测效果。在下沉6 d 后，顶板接下来的下沉量较低，较为稳定，此时巷道已经不再变形，说明支护效果良好，锚索的支护能力内，后续顶板岩层几乎无位移，没有不协调变形出现，本设计的支护参数合理，效果良好。

表1 顶板位移观测结果

2.3.5 与传统支护工艺相比的优缺点

1）相比于传统工艺，本工艺采取主动支护，其优秀的抗变形支撑能力能够满足顶板的稳定，完成对回撤通道的加固。

2）可根据矿井实际情况，选取合适尺寸的柔性网，比起铁丝网来说，不要多张网连接，铺网期间不需要绑扎工作。

3）选用的柔性网材料性能优越，不易撕裂，而铁丝网易出现漏顶问题。

4）支护设备的质量相对较小，工人没有很高的劳动强度。

5）采用机械收放、架设柔性网，大大节约了工作时间，提高工作效率，相对传统工艺，在经济上节约了约8 万元的工时费用。

6）避免了煤壁下手动绑扎，大大提高了工人的安全。

3 结语

本文使用锚索、钢带与柔性聚酯增强塑料网挂网协作形成一种用于回车通道防护的新支护工艺。通过实际采用后，该工艺大大降低了工人的劳动强度，减少了回撤时间，在可以稳定顶板的同时，还提高了回撤时的安全性。通过在大同煤矿区域实际应用，得到了显著的经济效益。