综放开采工作面回撤通道支护优化研究

时间：2024-07-28

程波

（晋能控股煤业集团翼城晟泰青洼煤业有限公司，山西临汾 043500）

回撤通道主要用于综放设备搬家倒面，回撤通道围岩控制效果会直接影响综放设备回撤安全以及回撤效率[1-3]。现阶段矿井常用的回撤通道支护方式包括架棚支护、锚网索支护、注浆加固支护等，依据现场情况选用合适的支护方式对提高回撤通道围岩控制效果具有重要意义[4-7]。青洼矿2205综放工作面回撤通道采用人工刷扩采面巷帮实现，为了降低回撤通道刷扩耗时，提出使用Π型钢梁、单体支柱刷扩后的回撤通道顶板进行支护，顶板未施工锚杆（索）。在采面回撤后期，受到顶板来压强、断面大、顶板强度低等因素影响，回撤通道顶板Π型钢梁出现较大变形，巷帮出现一定程度片帮问题，给综放设备安全回撤带来一定威胁。为此，需要对回撤通道支护进行针对性优化，以便为综放设备安全回撤创造良好条件。

1 工程概况

2205综放工作面东、西分别为2208采空区、2203工作面（未掘），南侧为F6、F7正断层，北侧为采区集中运输巷。2205工作面底板标高+913～ +994.3 m，采面切眼长度为Ⅰ段56.9 m、Ⅱ段150 m（中-中），回采长度为Ⅰ段79.8 m、Ⅱ段450.05 m（切眼中-设计停采线）。采面回采的2号煤平均厚3.82 m，埋深208.16～245.26 m，煤层倾角5.69°～6.69°，平均6.33°，工作面采高2.6 m，放顶煤厚度1.22 m。煤层顶底板岩性见表1。

表1 2号煤层顶底板岩性参数

采面割煤采用MG170/411-WD型双滚筒采煤机，采煤高度2.6 m，放煤厚度1.22 m。采面内布置6架型号ZFG3200/22/32过渡支架，90架型号ZF3200/20/30综放支架，支架控顶距在3240～3840 mm。

2 回撤通道原支护设计

为了满足2205综放工作面液压支架调向、综采设备运输等需要，采面回采至停采线后需要对采面进行刷扩，从而形成回撤通道。

2.1 回撤通道支护形式以及支护参数

工作面回撤通道用单体支柱（型号DW28-300/110）、Π型钢梁（3.0 m长）组成架棚支护顶板，棚距500 mm。Π型钢梁一端深入液压支架顶梁300 mm；一端采用两排单体进行支撑，第一排单体距离巷帮200 mm，第二排单体与第一排间距为700 mm。沿着采面方向按照300 mm间距布置Π型钢梁（3.0 m长）。具体回撤通道支护断面如图1。

图1 回撤通道原支护图

2.2 回撤通道支护体系支撑强度验算

对采面刷扩后，对刷扩位置采用单体、Π型钢梁、液压支架按照“一梁三柱”形式组成架棚对顶板进行支撑。在计算支护强度时，按照倾斜方向一节Π型钢梁长度计算，支护面积按照7.2 m2计算，共计使用20根单体进行支护（一端支撑Π型的液压支架近似当做1根单体）。采面合理支护强度（P1）可通过下述经验公式计算：

其中：H为单体支护高度，取值2.2 m；r为顶板岩层密度，取值2500 kg/m3；K为回撤通道支护体系支撑的覆岩厚度与采高比，取值为8；g为重力加速度，取值9.8 m/s2。

将上述参数带入公式（1）求得P1=431.64 kPa，则每根单体支柱平均受到载荷为123.31 kN。根据上述计算结果，采用DW28-300/110单体可满足支护需要。

但是由于回撤通道断面大、顶板来压强度高，综采设备在回撤期间出现Π型钢梁被压弯问题，当Π型钢梁变形严重时需要安排人员进行挑棚处理，由于采面出矸困难，挑棚后的矸石堆积在液压支架后尾梁位置，从而降低回撤通道有效通风断面。

因此，原有回撤通道支护方式不仅影响回撤通道效率而且存在一定安全风险。

3 回撤通道支护优化

针对2205综放工作面回撤通道由于断面过大存在Π型钢梁变形严重问题，提出通过缩小回撤通道断面方式对支护进行优化。

支护参数：采用2400 mm长Π型钢梁、单体组成架棚对顶板进行支护，棚距500 mm，按照“一梁三柱一抬棚”形式支护（Π型钢梁一端位于液压支架顶梁上，因此，将液压支架近似看为单体）。Π型钢梁一端深入到液压支架顶梁上方200 mm；另外一端采用2排单体进行支护，第一排单体与巷帮间距为200 mm，第二排单体与第一排单体间距为200 mm。采用此种支护方式，液压支架底座与巷帮间净距为3300 mm，可满足液压支架回撤需要。具体优化后巷道支护设计如图2。

图2 回撤通道优化后的支护图