大倾角综采回撤通道顶板控制与回撤技术研究.pdf

722023 年第 9 期收稿日期 2023-02-19作者简介 张志智（1983），男，宁夏固原人，2009 年毕业于华北科技学院，本科，高级工程师，现就职于国家能源集团宁夏煤业清水营煤矿，生产管理部副部长，主要从事井下技术管理工作。大倾角综采回撤通道顶板控制与回撤技术研究张志智 赵志志 黎劲东（宁夏煤业集团清水营煤矿，宁夏 银川 750411）摘 要 为了解决清水营煤矿地质复杂、煤层顶板松软破碎条件下设备回撤难度大的问题，通过对围岩顶底板岩性和风机巷、大断面巷道及回撤通道支护等技术研究，提出在回撤通道内铺设模块钢板代替传统轨道运输方式，用 4 台掩护支架维护工作面扇形带等方式，达到了安全快速回撤目的。关键词 大倾角；综采；快速；回撤中图分类号 TD823.97 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.09.023Research on Roof Control and Withdrawal Technology of the Large Inclination Angle Fully Mechanized Mining Withdrawal ChannelZhang Zhizhi Zhao Zhizhi Li Jindong(Ningxia Coal Industry Group Qingshuiying Coal Mine,Ningxia Yinchuan 750411)Abstract:In order to solve the problem of difficult equipment withdrawal under the complex geological conditions and the soft and broken roof of the coal seam in Qingshuiying Coal Mine,through technology research on the rock properties of the surrounding rock roof and floor,as well as the support of large cross section roadways,and withdrawal channels,it is proposed to lay modular steel plates in the withdrawal channels instead of traditional rail transportation methods,and use four shield brackets to maintain the fan-shaped zone of the working face,achieving the goal of safe and rapid withdrawal.Key words:large inclination angle;fully mechanized mining;rapid;withdrawal张志智等：大倾角综采回撤通道顶板控制与回撤技术研究清水营煤矿煤层顶底板岩性以粉砂岩、泥岩、粗砂岩为主，局部成岩度较差、层理较发育，围岩易风化、遇水膨胀，属于典型的“三软”岩层。根据以往回撤通道管理经验，支护强度不够时，容易出现顶板下沉、片帮等现象，设备回撤安全风险大。通过地质资料分析、现场钻孔窥视，提出“全断面高强预应力锚索基本支护+单体液压支护配合 型钢梁”全新支护方式，并设计了模块钢板代替传统轨道。实践证明，该方案有效地控制了顶板，提高了运输效率，实现了复杂条件下快速回撤设备。1 概况110206 工作面所在煤层为二煤，埋深 346548 m，平均447 m，走向长度2400 m，回撤通道长192 m，倾角 25，煤层厚度 3.54.1 m，平均 3.8 m。煤层顶底板围岩节理、裂隙发育，岩层中富含水，煤层顶板为侏罗系中统直罗组砂岩的含水层，围岩易软化、强度低、坚固性差，为不稳定性围岩，属易冒落的三类顶板。围岩物理力学参数特性见表 1。直接顶为灰白色或浅灰色粉砂岩，夹煤线，易松散，具波状水平层理，泥质胶结，厚度为 1.354.28 m；基本顶为以石英、长石为主的灰白色粗砂岩，厚度为 12.0452.45 m；直接底为以石英、长石为主的浅灰色粉砂岩，厚度为 1.535.74 m，较坚硬致密；基本底为厚度2.738.71 m的灰色细粒砂岩，含云母片，岩石致密。表 1 围岩物理力学参数特性岩石名称单向抗压强度/MPa单向抗拉强度/MPa弹性模量/GPa软化系数干燥状态饱和状态二煤顶板11.410.816.250.05二煤底板15.400.840.8410.420.05三煤顶板14.660.910.9411.300.05三煤底板18.270.500.698.460.010.04732023 年第 9 期张志智等：大倾角综采回撤通道顶板控制与回撤技术研究2 回撤通道及风机巷顶板控制技术研究2.1 锚注一体、环形承载技术研究向围岩内注浆能够封堵渗水，进而降低地下水对围岩的软化，避免围岩软化造成强度降低。浆液在泵压的作用下，可渗透、充填、闭合围岩裂隙，降低围岩体的孔隙率。MZM-70 型注浆材料黏结力较大，将破碎岩体胶结形成完整体，可大大提高破碎围岩强度1-2。对风机巷超前范围在顶帮二次全锚索支护，顶板施工 21.8 mm7300 mm 锚索梁、帮部施工 21.8 mm5300 mm 锚索梁加强支护，锚索梁均用 11 号矿用工字钢加工制作。回风巷受采动和上区段采空区压力影响帮鼓、底鼓严重，采用人工配合悬臂式掘进机方式扩帮起底，对两帮采用锚索网喷+注浆锚索支护。反底拱施工工艺流程：起底施工注浆管、注浆锚杆锚索支护、灌浆施工垫层铺钢筋网、安装圆钢钢带和 W 钢带预紧锚杆锚索浇筑至设计厚度。对机巷超前 70 m 施工反底拱地坪，中间矢高500 mm、两侧 300 mm 强度等级为 C30 混凝土，便于机巷设备快速回收。反底拱支护断面、展开图如图 1。图 1 反底拱支护断面、展开图（mm）2.2 高强柔性网强化顶板支护在回撤过程中应用了柔性纤维网护顶工艺。柔性网是树脂纤维聚合材料，其特点是网片面积大、柔韧轻盈、抗拉力强、易于操作。柔性网与常规铺设金属网相比，具备一次挂网不联接、整体施工质量高、效果好的优点，节约联网成本，可提高收尾作业工效3-5。另外该材质有防锈蚀功能，防止淋水造成抗拉力下降。柔性网对顶板管理起到了有效支护作用6-7。2.3 大断面巷道、复合支护技术在主副绞车硐室交岔点用全锚索+锚注，硐室用 29U 钢支架+锚索桁架复合支护方式，保证了大跨度顶板安全。对上口喷浆封闭防止风化，通过注浆锚索注 MZM-70 型无机料加固顶板。硐室一次锚网喷+锚索桁架支护，二次架设 29U 钢支架加强支护，在交岔点顶板安装 2 台顶板离层仪实时监测顶板变化。2.4 长短锚索、梯度支护技术工作面距停采线 10 m 时在顶板施工孔径 56 mm、深度 8.5 m 的钻孔窥视孔，截取图片进行围岩分析。0.54.5 m 范围内裂隙发育较多，4.5 m 以上顶板较完整。在通道顶帮用全锚索支护，顶部布置 7 排锚索，采用“短锚索+长锚索+W 钢带”方式。短锚索为21.8 mm3300 mm、长锚索为 21.8 mm7300 mm 钢绞线；帮部用 4 排 21.8 mm5300 mm 锚索支护，排距为 900 mm900 mm，预紧力 240 kN，锚固力 260 kN。回撤通道支护断面图如图 2。通过高预紧力将锚索用 W 钢带串联在一起，在巷道顶板浅部围岩中形成预应力加固带，高预应力向顶板深部传递，防止浅部围岩受开挖或采动影响而造成拉剪破坏；同时，长锚索锚固端进入顶板深部相对稳定的围岩中，从而形成了预应力承载层。通过长锚索将浅部和深部双承载层串联，使得双承载层之间的围岩处于近似三向受力状态，有效防止顶部下沉与离层发生，确保支护质量8-9。图 2 回撤通道支护断面图（mm）3 设备快速回撤技术3.1 回撤通道运输方式技术二煤底板为粉砂岩，泥质胶结，易泥化，回撤通道安装模块钢板，模块钢板设计平、剖面图如图3，取消通道内调向绞车，优化了回撤工艺。回风巷安装两台DLZ210F型柴油单轨吊机车运输设备，提高运输效率。3.2 扇形带维护技术研究工作面扇形带使用 4 台掩护支架管理顶板，靠老塘侧施工一排连锁木垛和一排“一梁三柱”，增加通道顶板的支护面积和强度，简化了支护工艺，742023 年第 9 期加快了回撤进度，减少了工人劳动强度10。掩护支架布置图如图 4。（a）平面图（b）I-I 剖面图（c）-剖面图图 3 模块钢板设计平、剖面图（mm）图 4 掩护支架布置图 3.3 回撤期间防灭火技术严格落实综合防灭火措施，以注氮为主，辅以充填珍珠岩，施工沙袋墙，喷涂凝胶、阻燃剂，灌注粉煤灰等措施，结合束管监测和人工采样分析气体变化，有效控制自然发火。在上下隅角构筑沙袋隔离墙，用注浆泵向上隅角注水玻璃和水泥，快速隔绝氧气进入采空区，防止自燃氧化。综合防灭火应根据散热带、氧化自燃带和窒息带宽度，确定注氮气的间距、时间和注入量，使氮气一直覆盖氧化自燃带，有效遏制采空区自然发火。所以按照采空区氧化带范围，在距工作面下口 60 m、90 m、120 m 处分别布置支管，在工作回撤期间向采空区连续性注氮11-12。110206 工作面停采后，采空区注氮量由 500 m/h 逐步增加到 1200 m/h，累计注氮气 135 万 m。4 结论110206 综采工作面回撤通道采用“全锚索+W钢带+液压单体支柱+型钢”支护方式加强了顶帮管理，确保回撤期间的顶帮安全。用模块钢板代替传统的轨道运输方式，简化了轨道铺设工艺，降低了劳动强度，加快了模块钢板安装回撤及工作面设备回撤速度。模块钢板面积大、强度高，提高了模块钢板对回撤通道底板的适应性。回收刮板机和采煤机 9 d，铺设模块钢板 3 d，回收支架 17 d，主要设备回撤 29 d，比同类条件下设备回撤提前 16 d，仅节省人工成本 70 余万元，经济效益显著。【参考文献】1 孟庆彬，韩立军，乔卫国，等.深部软岩巷道锚注支护机理数值模拟研究 J.采矿与安全工程学报，2016，33（01）：27-34.2 孟庆彬.深部高应力软岩巷道变形破坏机理及锚注支护技术研究 D青岛：山东科技大学，20113 丁永禄.柔性网在大采高大断面回撤通道中的应用 J.煤炭工程，2011（10）：34-36.4 吕兆海，张建华，黄相明，等.清水营矿综采面安全回撤和快速安装工艺研究 J.煤，2012，21（04）：1-2+45.5 王利斌.综采工作面回撤通道树脂纤维柔性网铺网工艺的运用 J.科技创新与应用，2013（04）：28.6 郭辉，于智卓，陈宁.柔性网护顶技术在综采面快速回撤中的应用J.煤炭工程，2015，47（08）：71-73.7 张志智，吕兆海.柔性纤维网支护工艺在大倾角综采工作面回撤过程中的应用 J.煤矿安全，2012，43（08）：166-168.8 张杰，陈诚，甄泽，等.综采工作面末采回撤通道围岩变形控制研究J.煤炭工程，2021，53（06）：40-45.9 兰奕文，严红，邢鹏飞.特厚煤层强采动巷道顶板全锚索控制系统研究J.采矿与安全工程学报，2018，35（02）：276-282.10 马忠昌，王林.综采工作面回撤扇形带顶板维护技术初探 J.中国煤炭，2013，39（11）：76-78.11 武彦平，徐元强，薛再君，等.易自燃煤层特大型综放工作面回撤防灭火技术研究应用 J.内蒙古煤炭经济，2016（10）：129-130.12 吕兆海，赵长红，李立波，等.三软煤层工作面回撤期间综合防灭火对策 J.煤矿安全，2016，42（04）：107-111.