近距离煤层回撤通道支护技术研究

王 辉，侯 渊

（晋神沙坪煤业有限公司，山西 忻州 036500）

1 概 况

沙坪煤业是晋神能源公司主力矿井，现开采8号下煤层，与上部8号上煤层为近距离煤层。现正掘进1815工作面顺槽，预计10月开始掘进1815主回撤通道和辅回撤通道，工作面埋深约160～250 m，1815工作面8号上、下煤层层间距0.6～4.4 m，平均2.8 m。现沙坪煤业计划将主辅回撤通道布置在上覆8号上煤层遗留煤柱下方，预计应力状态较高，巷帮成型较差。需要对沙坪煤业1815主辅回撤通道掘进时合理布置位置、应力状态和通道支护设计进行专门分析，对回采期间人工改变矿压显现、巷内加强支护和回采侧帮注浆加固等开展研究。

2 工作面情况

沙坪煤业1815工作面主、辅回撤通道，设计走向长度239.7 m，地面标高1 055—1 095 m，底板标高890—910 m，最大埋深约为180 m。

1815工作面开采8号下煤层，上覆8号上煤层对应18205和18207采空区，考虑到地面影响和多回收煤炭资源，主辅回撤通道计划布置在18207采空区和18206采空区之间的煤柱下方（图1中纵向虚线所示），煤柱最宽处88 m，最窄处68 m，主辅回撤通道间净煤柱20 m，具体位置如图1所示。

3 工况模拟

1815主辅回撤通道未掘进前，18207和18206采空区间煤柱（该煤柱中仍有2条巷道）下方8号下煤层垂直应力分布云图和垂直应力随距区间煤柱边缘不同水平距离的变化曲线图分别如图2和图3所示。

图3 8号下煤层垂直应力随距区间煤柱边缘不同水平距离的变化曲线Fig.3 Variation curve of vertical stress of coal seam under No.8 with different horizontal distances from coal pillar edge of interval

从图中可知，8号下煤层垂直应力值随距区间煤柱边缘水平距离的增加呈现出两边高中间低的形状，其中，煤柱宽度为88 m下方煤体垂直应力最大值为8.6 MPa，煤柱宽度为68 m下方煤体垂直应力最大值为7 MPa。2种煤柱条件下，18207侧垂直应力均大于18206侧，18207侧垂直应力最大值出现在距煤柱边缘5 m左右位置，18206侧垂直应力最大值出现在距煤柱边缘5～10 m位置。

4 回撤通道巷道支护设计

根据试验点生产和地质环境调查、评估结果，采用综采工程类比与系数模拟方法确定巷道支护的具体参数。

4.1 已有工程类比

沙坪煤业8号煤层已回采多个工作面，回撤通道多布置在采空区下、煤柱边缘和距离煤柱较远处，均顺利回采结束，未出现较大变形。但1815区域胶辅运顺槽应力较为集中，出现片帮现象，预计1815主辅回撤通道掘进时同样两帮成型欠佳，整体支护需要加强。

4.2 数值模拟

1815主辅回撤通道均为矩形断面，均沿8号下组煤底板掘进，主回撤通道掘进宽度5.0 m，高度3.7 m；辅回撤通道掘进宽度5.0 m，高度3.5 m。根据巷道地质生产环境，选择有限差分数值计算程序FLAC3D，实施多元化锚杆锚索支护方案对比，获取最为合理的支护初始设计。如图4～图6所示。

图4 应力分布云图Fig.4 Stress distribution nephogram

图6 塑性区分布Fig.6 Distribution of plastic zone

图5 位移分布云图Fig.5 Nephogram of displacement distribution

1815主辅回撤通道周围围岩垂直应力极值6 MPa，水平应力极值4 MPa；1815主辅回撤通道顶板下沉量极值12 mm，底板鼓起系数极值27 mm，两帮移近量22 mm；1815主辅回撤通道两帮塑性区间为2.5 m，底板破坏深度1.5 m。

4.3 1815主回撤通道支护设计

4.3.1 顶板支护

锚杆杆体为直径22 mm螺纹钢锚杆，屈服强度不低于335 MPa，长度2 400 mm，杆尾螺纹为M24。树脂加长锚固，钻头直径30 mm，采用1支规格为CK2340树脂锚固剂和1支规格为Z2360树脂锚固剂。

采用高强锚杆螺母M24，托板采用方形带拱托板，托板尺寸为150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，钢号不低于Q235。配套调心球垫和减摩垫圈。采用8号铁丝编制的菱形金属网护顶，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格5 200 mm×1 200 mm。采用W钢带护顶，钢带宽280 mm，厚4 mm，长度4 800 mm，孔间距900 mm。

锚索“三一三一”布置，每排3根或1根，间距2 000 mm，靠近回采帮侧顶锚索距帮500 mm，排距1 000 mm。全部垂直巷道顶板打设，锚索张拉锁定预紧力不低于250 kN。

4.3.2 非工作面侧帮（副帮）

锚杆杆体为直径22 mm螺纹钢锚杆，屈服强度不低于335 MPa，长度2 400 mm，杆尾螺纹为M24。树脂加长锚固，钻头直径30 mm，采用1支规格为Z2360树脂锚固剂。

采用高强锚杆螺母M24，托板采用方形带拱托板，托板尺寸为150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，钢号不低于Q235。配套调心球垫和减摩垫圈。

采用8号铁丝编制的菱形金属网护帮，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格3 600 mm×1 200 mm。采用W钢护板护帮，护板厚度4 mm，宽280 mm，长度450 mm。

锚索“一一”布置，每排1根，距底板2 000 mm，排距2 000 mm。全部垂直巷帮打设，锚索张拉锁定预紧力不低于180 kN。

4.3.3 工作面侧帮（主帮）

（1）主帮完整时。锚杆杆体为直径20 mm玻璃钢锚杆，长度2 200 mm。采用配套玻璃钢锚杆托板。外加硬质木托板，规格200 mm×50 mm×300 mm。树脂加长锚固，钻头直径30 mm，采用1支规格为Z2360树脂锚固剂。采用夹筋塑料网护帮，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格3 500 mm×1 200 mm。锚杆排距1 000 mm，每排每帮4根锚杆，间距1 000 mm。锚杆预紧扭矩40 N·m。锚杆全部垂直巷帮安装，考虑到施工需要，允许5°误差。

（2）主帮帮部破碎时。锚杆杆体为直径22 mm螺纹钢锚杆，屈服强度不低于335 MPa，长度2 200 mm，杆尾螺纹为M24。树脂加长锚固，钻头直径30 mm，采用1支规格为Z2360树脂锚固剂。采用高强锚杆螺母M24，托板采用方形带拱托板，托板尺寸为150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，钢号不低于Q235。配套调心球垫和减摩垫圈。采用8号铁丝编制的菱形金属网护帮，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格3 500 mm×1 200 mm。

4.4 1815辅回撤通道支护设计

4.4.1 顶板支护

锚杆杆体为直径22 mm螺纹钢锚杆，屈服强度不低于335 MPa，长度2 400 mm，杆尾螺纹为M24。树脂加长锚固，钻头直径30 mm，采用1支规格为CK2340树脂锚固剂和1支规格为Z2360树脂锚固剂。采用高强锚杆螺母M24，托板采用方形带拱托板，托板尺寸为150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，钢号不低于Q235。配套调心球垫和减摩垫圈。采用8号铁丝编制的菱形金属网护顶，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格5 200 mm×1 200 mm。采用W钢带护顶，钢带宽280 mm，厚度4 mm，长度4 800 mm，孔间距900 mm。

锚杆排距1 000 mm，每排6根锚杆，间距900 mm。锚杆预紧扭矩不低于300 N·m，但不能超过450 N·m。锚杆全部垂直顶板安装，考虑到施工需要，允许5°误差。

锚索材料为21.6 mm、17股预应力钢绞线，最大力总延伸率不低于3.5%。长度8 300 mm，钻头直径30 mm，采用3支树脂锚固剂，2支规格为Z2360，1支规格为CK2340。锚索采用300 mm×300 mm×14 mm方形带拱锚索托板，配套调心球垫，托板拱高不低于60 mm。

锚索“二二”布置，每排2根，间距2 000 mm，排距2 000 mm。全部垂直巷道顶板打设，锚索张拉锁定预紧力不低于250 kN。

4.4.2 两帮支护

锚杆杆体为直径22 mm螺纹钢锚杆，屈服强度不低于335 MPa，长度2 400mm，杆尾螺纹为M24。树脂加长锚固，钻头直径30 mm，采用1支规格为Z2360树脂锚固剂。采用高强锚杆螺母M24，托板采用方形带拱托板，托板尺寸为150 mm×150 mm×10 mm，托板高度不低于36 mm，钢号不低于Q235。配套调心球垫和减摩垫圈。采用8号铁丝编制的菱形金属网护帮，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格3 300 mm×1 200 mm。

锚杆排距1 000 mm，每排每帮4根锚杆，间距900 mm。锚杆预紧扭矩不低于300 N·m，但不能超过450 N·m。锚杆全部垂直巷帮安装，考虑到施工需要，允许5°误差。

4.4.3 帮部破碎时加强支护

采用锚杆组合W钢护板护帮。W钢护板厚度4 mm，宽280 mm，长度450 mm。

锚索材料为17.8 mm、17股预应力钢绞线，最大力总延伸率不低于3.5%。长度4 300 mm，钻头直径30 mm，采用2支树脂锚固剂，规格为Z2360。锚索托板采用300 mm×300 mm×12 mm方形带拱锚索托板，配套调心球垫，托板拱高不低于58 mm。锚索“一一”布置，每排每帮1根，距底板2 000 mm，排距2 000 mm。全部垂直巷帮打设，锚索张拉锁定预紧力不低于180 kN。

1815辅回撤通道锚杆及托板如图7所示。

图7 1 81 5辅回撤通道锚杆及托板Fig.7 Anchor and supporting plate of 1815 auxiliary withdrawal channel

5 结 语

锚网索支护技术在工作面收尾回撤通道中的应用，可以全面确保回撤通道顶板支护的安全性，减少回撤通道维护投入，节约支护成本，空间利用率显著增加。对一些浅埋深矿山压力大、地质构造复杂环境下收尾的综采面，锚网索主动支护作用显著，控制围岩变形效果较好，利于作业面液压支架的快速回撤，具有良好的经济、社会效益。