综采工作面回撤巷道支护技术研究

综采工作面回撤巷道支护技术研究

朱云龙

国家能源集团神东柳塔煤矿内蒙古鄂尔多斯市017200

摘要：在煤矿生产过程中，工作面回采结束后需将设备搬运至新工作面安装，在工作面末采期，主回撤通道要经历回采工作面超前支承压力影响的全过程，采动影响十分强烈，巷道变形破坏严重，造成工程进展缓慢，给回撤工作带来危险和困难。本文通过回坡底煤矿工作面“回撤通道”支护技术研究，旨在为今后综采工作面回撤通道支护技术起到一定的借鉴作用。

关键词：综采工作面；回撤通道；支护技术

综采工作面在开采工作完成后需要对设备、工具材料进行回撤。为了回撤顺利进行，且回撤后不影响下一个综采工作面的安装，确保施工的高效进行，在回撤前需要提前施工回撤巷道。如果回撤速度较慢，将会影响整个矿井的正常衔接和推进。如果支护强度太大，会造成资源的浪费，同时增加后期工具拆卸和回撤的工作难度;如果支护强度太小，可能会因为压力因素造成矿难。本文采用数值模拟方式，对回撤巷道原有的支护强度与变形力度进行分析，得出最优方案，同时以该模拟值作为选择最优方案的理论基础，最终达到安全与高效最优化的目的。

一、综采工作面回撤过程中围岩变化特征分析

巷道开挖后，地下形成了自由空间，原来处于挤压状态的围岩，由于解除束缚而向四周空间松胀变形；这种变形大小超过了围岩本身所能承受的能力，便发生破坏，从母岩中分离、脱落，形成坍塌、滑动、底鼓和岩瀑。综采工作面的稳定性受地应力大小、煤柱尺寸大小、支护方式及采动影响程度等制约。巷道围岩变形与破坏的形式主要表现为瞻性破坏、塑性破坏和弱面剪切破坏。

1.1载荷分析

回采巷道开挖后引起应力重新分布。垂直应力主要显现于两帮，导致两帮煤体破坏；水平应力主要显现于顶底板岩层，引起顶板离层或底板鼓起。开采时，侧向支承压力及超前支承压力的峰值均比原岩垂直应力高2—5倍，水平应力增大的机理是：当垂直应力增大后，岩层由于泊松效应产生侧向变形造成水平应力增大，同时岩层之间沿内摩擦力较低的层面出现相对滑动而形成附加水平应力作用于顶底板岩层。

1.2综采工作面围岩变形破坏特征

1.2.1顶板破坏特征分析。

顶板岩层在水平应力作用下会出现剪切破坏，破坏区的岩层因剪切扩容而发生侧向膨胀，岩层松动，使巷道承受水平应力的能力下降，水平应力随之进一步上移，并在上部形成新的破坏区，如果不进行支护，在新破坏区及自重膨胀压力的共同作用下发生冒落

1.2.2巷道两帮煤体破坏特征分析。

巷道两帮煤体在垂直应力的作用下出现煤体内部的沿煤层和剪切破坏与项底板岩石界面中的变形破坏。煤体内部的变形在一定的岩压力作用下，煤体的破坏多数为剪切破坏。

1.2.3底板破坏特征分析。

工作面开采煤柱上应力引起集中，水平应力和垂直应力明显增大，当集中应力由煤柱传递到巷道底板时，作用在底板上的支承压力超过或达到其临界值，底板岩层会出现塑性变形，形成塑性区。

二、回撤通道支护技术

2.1支护原理

(1)受原采动影响，预扩巷道的围岩被岩体结构弱面切割成块状或破裂状。在顶板打设锚杆支护，不但提高了岩体结构弱面的抗剪强度，而且保证了巷道围岩在一定范围内的稳定性，防止其上部围岩松动和变形。

(2)锚杆在其支护体系中起组合作用。

组合岩层梁对上覆岩层起支撑作用，围岩对该组合梁又有反作用力。顶板岩层受采动影响会产生裂隙，在锚杆预紧力的作用下，锚杆间的岩块将会脱落而导致锚杆失效，从而破坏组合梁的作用，减弱或失去支护作用。钢筋网和钢筋梁不仅可以保证组合梁的完整性，而且又使组合梁与容易脱落的破碎岩体连成整体，从而提高支护强度。

(3)顶板锚杆在靠近煤帮处倾斜安装，使其上部锚固端深入到煤体实体中，起到有效支撑作用，加强了组合梁的支护强度，提高组合梁与煤帮角处的抗剪能力。

(4)利用锚索对顶板进行深部锚固，从而产生强力悬吊作用，并且沿扩断面纵轴线形成连续支撑点，施以大的预紧力减缓顶板变形扩张，使顶板由锚杆支护形成的组合梁得到进一步加强，将其牢固悬吊在上部基本顶内。同时，这种加强锚杆支护所形成的组合梁对上部的基本顶也进行了保护，阻止了它的下沉移动和松动扩展。使相邻的锚杆、锚索作用力相互叠加，组合形成一个新岩梁。这个新岩梁厚度、刚度、层间强度成倍增加，使顶板压力通过煤帮向煤体深部转移，使顶板得到了有效控制。

2.2二次支护技术

由于矿压显现，顶底板移近量大，单体液压柱压死、压折现象普遍，经研究决定，2009年10月24日开始对回撤通道顶板开始注浆，并将通道内的折断及压死的单体柱全部进行更换。

2.3支护效果

实践证明，这次对工作面回撤通道支护形式的改变，对工作面安全顺利、高质量贯通，以及快速、安全的回撤都起了积极的作用，效果明显。

三、综采工作面回撤围岩控制技术

3.1锚杆锚索支护技术

确定巷道的支护方式及锚杆、锚索支护参数。根据试验巷道顶板岩层条件，确定采用高强度加长树脂锚固的螺纹钢锚杆及小孔径预应力树脂锚索方式，高强度锚杆以加固作用为主，使其锚固范围内的顶板上拉岩层形成锚固承载结构：锚索以悬吊作用为主，把潜在冒落范围内的项板下拉岩层悬吊在上部比较稳定的顶板岩层上。

3.2锚杆及锚索支护作用分析

3.2.1顶板完整情况。

完整的顶板用锚杆支护后，巷道顶板下位岩层未出现松动离层打上锚索并施加预应力，顶板下拉岩层没有向上位移，锚索对锚杆受力影响不大。

3.2.2顶板破碎情况。

顶板破碎，即使打上锚杆，顶板下拉岩层仍有一定的离层膨胀这时安装锚索并施加预应力后，顶板下拉岩层将向上位移，锚杆保持对顶板有支承作用，位移较大，超过锚杆弹性变形，锚杆支护力降低，顶板下拉岩层载荷转移到锚索上。如果锚索间距设计不合理，虽然锚索有悬吊作用，但项板下拉岩层仍有较大的下沉量。

3.2.3锚索预紧力。

加大锚索预紧力，达到其屈服载荷的5O％一60％，对锚杆的影响较小，锚杆己把顶板下拉岩层锚固成整体结构，锚索预应力有效地增加了锚固体的压应力，提高了其承载力。

四、综采工作面围岩稳定的控制机理

我们知道，整个回采工作面上覆岩层中邻近煤层老顶岩层形成的结构是由“煤壁一回采工作面支架一采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑。现代支护理论是使岩体中形成有利于围岩稳定的结构，由支护结构承受围岩压力。主要作用如下：

4.1悬吊理论

这一理论认为在顶板、两帮工作中，锚杆的作用是将软弱破碎的岩石悬吊到上覆坚硬的岩层或其上部的自然平衡拱上，拱高可用普氏的压力拱理论计算，这样锚杆的长度可根据坚硬岩层的高度或平衡拱高来确定，锚固力及锚固方式可根据悬吊层的重量来确定。

4.2组合支承拱理论

这一理论是锚杆支护的基础，其实质是认识到岩石破裂后仍存在残余强度这一事实，充分认识到地下围岩是一种天然的承载结构。使巷道支护与围岩共同作用形成能承载的支承拱，这一理论在锚杆支护中得到了充分体现。

4.3最大水平应力理论

其主要观点是矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，在最大水平应力的作用下，顶、底板岩层易于发生剪切破坏，锚杆的作用就是约束其轴向岩层的膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。

五、结束语

综上所述，综采工作面回撤通道采用锚杆、锚索、钢丝绳联合支护对支架回撤期间顶板进行有效控制，为支架安全、顺利回撤提供了技术支撑和安全保障，值得推广应用。

参考文献：

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[3]朱家胜.综采工作面末采期间回撤通道矿压显现规律及岩层控制研究11.山西煤炭，2016,9．

[4]邬海波.综采工作面回撤通道围岩运动及其矿压显现规律研究和煤碳工程，2016,9.