综采工作面回撤通道的优化支护及效果评价

荣 进

（西山煤电西曲矿， 山西 古交 030200）

引言

煤矿生产除了常规的综采工作面、掘进工作面、通风巷道外，还需设计专门用于实现设备安全、顺利撤出的回撤巷道。影响回撤巷道设备撤出效率的主要因素为支护不力导致的顶板下沉，进而使得现场液压支架在回撤过程中陷入被动的局面。为此，在部分煤矿需要通过施工回撤通道对液压支架等设备进行撤离，严重影响了设备的回撤效率和安全性，从而间接地影响了煤矿的生产效率[1]。本文重点以3218 工作面为研究对象，对其回撤巷道支护进行优化设计，并对优化支护结果进行现场试验和数值模拟分析。

1 3218 工作面概况

3218 工作面所属煤矿的原始储量为111.68 Mt，最初该煤矿的生产能力为0.6 Mt/年，后续随着设备的更替和技术的进步，目前该煤矿的生产能力为1.5 Mt/年。3218 工作面煤层的厚度范围为3.3～7.8 m，煤层平均厚度为7.2 m；工作面煤层的倾角范围为3°～12°，煤层平均倾角为6°。3218 综采工作面顶底板条件如表1 所示。

表1 3218 综采工作面顶底板条件

经探测可知，3218 综采工作面的最大涌水量可达95 m3/h，一般情况下的平均/ 正常涌水量为5.3 m3/h。由工作面煤层涌出瓦斯的相对值为1.98 m3/t。3218 工作面共包含有回风巷、胶带运输巷及辅助运输巷各一条，其中胶带运输巷道两帮不做支护设计，巷道顶板采用锚杆支护；辅助运输巷顶板采用锚杆支护，左右帮采用锚网梁支护；回风巷顶板采用锚杆支护。

2 工作面回撤巷道的支护优化

3218 工作面回撤巷道的断面形状为矩形，在巷道挖掘之前其岩体处于稳定和平衡状态。结合工作面选型设备的撤离需求，设定其回撤巷道的净宽度为3.2 m[2]。

2.1 回撤巷道支护现状

目前工作面主要采用锚杆、锚索与柔性网联合支护的技术，在联合支护的作用下能够对围岩进行稳定控制，并形成一个煤壁- 回撤巷道- 液压支架- 采空区的联合支护系统[3]，具体支护示意图如图1 所示。

图1 传统回撤巷道支护示意图

采用如图1 所示支护方案，具体支护参数如下：

顶板支护：锚杆直径为18 mm，锚杆长度为2100 mm，锚杆间排距为800 mm、700 mm；锚索直径为15.24 mm，锚索长度为8300 mm，锚索间排距为1500 mm、2000 mm。在锚杆锚索支护的基础上采用规格为1 m×10 m 的菱形铁丝网对顶板进行强化支护。

两帮支护：锚杆直径为18 mm，锚杆长度为1400 mm，锚杆间排距为800 mm、1000 mm；并挂1000 mm宽的托梁和1000 mm 宽的铁丝网进行强化支护。

但是，长期生产中发现，采用上述支护方式存在顶板下沉量大及巷道帮部破坏严重的问题，具体分析如下：

1）设备在实际回撤操作中，巷道顶板发生严重的下沉问题，导致其顶板岩层被严重破坏。导致上述现象的主要原因为：对回撤巷道顶板围岩规律掌握不充分，停采位置选择不合理，液压支架工作阻力小。

2）设备在回撤过程中，回撤巷道两帮片帮现象严重，从而增加了对浮煤的清理工作，延长了搬家时间。导致上述现象的主要原因为：矿压的影响[4]。

2.2 回撤巷道支护优化设计

2.2.1 提高液压支架支护强度

液压支架工作阻力较小，是导致对工作面围岩控制效果较差的主要原因。因此，需适当提高回撤巷道工作面液压支架的工作阻力。此项不是本文优化重点。

2.2.2 采用锚索与槽钢联合支护

传统回撤巷道采用木棚结构进行支护，本方案采用锚杆+锚索联合支护方式对回撤通道进行强化支护。其中，在锚索支护中，锚索与围岩通过点接触的方式固定，容易发生支护失效问题[5]。因此，采用锚索通过槽钢面接触的形式实现其余围岩的连接，进而形成闭锁结构，提高支护的稳定性和抗剪强度。

2.2.3 合理确定收尾方案

传统支护方案中在距离停采线30 m 的位置开始铺网操作。本工程基于式（1）合理确定停采边界距离Lw并开展铺网操作。

式中：L1为液压支架梁端距，取值为3.2 m；L2为液压支架顶梁长度，取值为3.5 m；L3为液压支架掩护梁斜长度，取值为2.5 m；L4为掩护梁至顶板的高度，取值为1 m；D 为采空区侧矸石埋压网头的长度，取值为1 m。

将上述参数代入式（1）中得出：停采距离Lw=12 m，最终确定在距离停采线12 m的位置开始铺网操作。

3 数值模拟分析

为验证回撤巷道支护方案优化后效果，采用数值模拟手段对支护优化前后回撤巷道的位移变化进行研究。重点对回撤巷道顶板超前15 m、20 m 位置，巷道帮部顶板位置及回撤通道帮中部的位移量进行仿真，得出如表2 所示的仿真结果。

分析表2 可知，对3218 工作面回撤巷道支护方案进行优化后，在上述四个监测位置的最大位移量分别为0.3 m、0.1 m、0.2 m 及0.1 m，与优化前相比较，位移量得到明显减小。由此说明，对3218 工作面回撤巷道支护方案优化后能够对巷道顶板和两帮的围岩实现整体加固，并具有较为明显的改善效果，可为快速、安全的设备撤离提供良好的环境。

表2 不同位置回撤巷道的最大位移量 m

4 结论

1）将回撤巷道传统的木棚支护优化为锚杆+锚索联合支护，并采用金属网进行强化支护。其中，针对锚索支护采用槽钢实现锚索与巷道顶板围岩的面接触，从而提升支护范围。

2）将距离停采线30 m 的位置铺设金属网优化为距离停采线12 m 的位置铺设金属网。

3）适当提升巷道液压支架的工作阻力。

4）通过数值模拟分析可知，对3218 工作面回撤巷道支护方案优化后，能够对巷道顶板和两帮的围岩实现整体加固，并具有较为明显的改善效果，可为快速、安全的设备撤离提供良好的环境。