深部超长工作面沿空留巷围岩控制技术研究_仇小祥.pdf

第42卷第03期2023年03月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.03Mar.20230引言随着综采工作面装备水平的持续发展，特别是刮板输送机制造水平的提高，综采工作面布置长度在神东矿区浅部煤层得到持续突破，最大达到450 m长。其他矿区根据自身煤层赋存条件积极布置超长工作面，并取得显著的经济社会效益。淮南矿区深部大采高超长工作面开采实践表明：液压支架支护技术能够满足回采要求，煤壁片帮、巷道大变形与超前支护的适应性仍需加强研究。为了降低万吨掘进率、缓解采掘接替矛盾，城郊煤矿在深部煤炭资源开发中应用了倾向长度超过300 m的超长工作面；同时对主要运输巷道进行切顶卸压沿空留巷，实现了深部采区无煤柱顺序开采。与常规工作面相比，超长工作面在提高工作面单产和煤炭资源回收率的同深部超长工作面沿空留巷围岩控制技术研究仇小祥，刘宏，张志军（河南省正龙煤业有限公司 城郊煤矿，河南 永城476600）摘要：根据深部超长工作面沿空留巷赋存特征，对其围岩控制技术进行了研究。采用锚网带索梁与单体支柱抬棚协同耦合支护技术控制顶板变形；采用上下双节U型钢梁可伸缩挡矸支护技术控制留巷侧巷帮。通过薄喷防腐技术保障超长服务年限下锚杆锚索等主动支护材料的支护强度；通过切顶爆破技术优化沿空留巷所处的应力环境。现场实践表明：从开始留设到复用结束，沿空留巷整体围岩控制效果好，无需扩帮，仅需拉底和局部加固即可用于运输大型设备，实现快速搬家倒面；二次采动影响下沿空留巷内顶板及两帮稳定，恒阻锚索支护效果好，采空区内时常出现悬顶不垮的现象，端头处挡矸支护体稳定、安全出口畅通，U型钢及卡缆进入采空区前可回收复用。关键词：深部开采；超长工作面；沿空留巷；联合支护；挡矸支护中图分类号：TD353文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）03 091 05Research on Surrounding Rock Control Technology of Gob Side EntryRetaining in Deep Extended Longwall FaceQIU Xiaoxiang，LIU Hong，ZHANG Zhijun（Chengjiao Coal Mine,Henan Zhenglong Coal Industry Co.,Ltd.,Yongcheng 476600,China）Abstract:According to the characteristics of gob side entry retaining in deep extended longwall face，the surrounding rock control technology is researched.The roof deformation is controlled by thecoordinated coupling support technology of bolt，mesh，strip，anchor cable，beam and hydraulic prop；thedouble U-type steel beam retractable gangue retaining support technology is used to control the sidewall of reserved roadway.The thin spray anti-corrosion technology ensures the support strength ofactive support materials such as anchor bolts and cables under super long service life；the stressenvironment of gob side entry retaining is optimized by roof cutting blasting technology.Field practiceshows that:from the beginning of retaining to the end of reuse，the overall surrounding rock controleffect of gob side entry retaining is good，and there is no need to expand the side.It can be used totransport large-scale equipment only by pulling the bottom and local reinforcement，so as to realizerapid workingface moving；under the influence of secondary mining，the roof and two sides of the gobside entry retaining are stable，the constant resistance anchor cable support effect is good，the roofhanging does not collapse often occurs in the goaf，the gangue retaining support at the end is stable，the safety exit is unblocked，and the U-type steel and splint can be recycled before entering the goaf.Key words:deep mining；extended longwall face；gob side entry retaining；combined support；gangueretaining supportdoi:10.13301/ki.ct.2023.03.01791第42卷第03期深部超长工作面沿空留巷围岩控制技术研究仇小祥，等Vol.42 No.03时，其服务年限也大幅增加，特别是主运输巷道服务年限直接翻番。因此，超长工作面沿空留巷的围岩控制给深部安全高效开采带来了挑战，本文以城郊煤矿21106下巷沿空留巷为工程背景，对超长工作面沿空留巷围岩控制技术进行系统研究。1工程背景21106综采工作面位于十一采区，东为21104工作面（已采）、西为实体煤，南北均为保护煤柱。工作面长度363.0 m，顺槽平均长度1 483.5 m，埋深784.0853.1 m。工作面整体为一单斜构造，煤层赋存稳定，倾角18，平均5。工作面煤层结构简单，以半亮型煤为主，金属光泽，无煤尘爆炸危险性、无自燃倾向性。回采范围内煤层厚度2.33.4 m，平均2.8 m。直接顶为均厚5 m的泥岩，基本顶为均厚4.2 m的细粒砂岩，直接底为均厚2.2 m的泥岩，基本底为均厚11.3 m细砂岩。21106综采工作面由21106上巷、21106中间巷和21106下巷等巷道组成，其中21106下巷为主运输巷道，采用切顶卸压沿空留巷。工作面布置方式为倾向长壁，从北向南俯采，工作面巷道布置如图1所示。图1工作面巷道布置图工作面布置有238架ZY6800-18/38型液压支架、1部MG500/1130-WD型采煤机、1部SGZ800/1400型刮板输送机、1部SZZ800/250型转载机和1部PLM2000型破碎机，采用双速绞车配合单轨吊机车进行辅助运输。2深部超长工作面沿空留巷特点随着采深的增加，煤岩体的应力环境、变形与破坏特性较浅部煤岩体发生了显著变化。深层煤岩体所处环境地应力高，构造应力场复杂。岩体的变形特性发生了根本变化：由浅部的脆性向深部的塑性转化；岩体变形具有较强的时间效应；岩体的扩容现象突出；岩体变形具有不连续性。深部回采巷道围岩大变形的频繁发生严重制约深部煤炭资源安全高效地开发。深部沿空留巷受2次工作面采动影响，高地应力与采动应力叠加，导致围岩变形的扩容性、流变性与冲击性突出。不仅沿空留巷顶板变形强烈，而且煤帮挤出和底鼓严重，这是深部沿空留巷最显著的特点。超长工作面装备的重型设备对回采巷道断面尺寸的要求大，21106下巷净宽达到4.4 m，净高达到3.5 m。超长工作面走向长度长，推进速度慢，采空区覆岩垮落剧烈，稳定时间长。随着工作面面长的增加，工作面及回采巷道的顶板最大下沉量、支承应力及其影响范围均显著增加。21106下巷从开始掘进到本工作面回采留巷再到相邻工作面二次复用，实际服务年限达到了6 a以上。超长服务年限条件下如何控制深部沿空留巷的围岩变形是城郊煤矿当前安全管理中的关键技术难题之一。3深部沿空留巷围岩控制技术3.1锚索（梁）加强支护技术掘进期间顶板和帮部采用锚网带索梁联合支护。锚杆为20 mm2 500 mm高强锚杆；网为2 000 mm1 000 mm的大眼网（采用6 mm钢筋焊接成网孔70 mm70 mm的金属网）；钢带为M5钢带，锚杆托盘为150 mm100 mm12 mm的M托盘。顶板锚杆间距800900 mm，排距700 mm；帮部锚杆间排距为700 mm700 mm。顶板倾向锚索梁采用18#槽钢加工，梁长2 300 mm，一梁三索，排距1 400 mm。从回采侧起，第1根偏巷中右725 mm，第2根与第1根锚索间距900 mm，第3根与第2根锚索间距1 100 mm，锚索规格为21.6 mm8 200 mm，使用长度不小于7 500 mm。每根锚索使用3支MSK2335型或MSZ2335型锚固剂进行锚固，锚索预紧力不小于210 kN。回采前对下巷顶板及非留巷侧巷帮进行锚索（梁）加固。顶板走向锚索梁采用18#槽钢加工，梁长1 800 mm，梁端距300 mm，一梁三索，锚索间距700 mm，锚 索 偏 巷 中 右1 700 mm；单 锚 索 配 合400 mm400 mm20 mm的锚索托盘使用，间距1 400 mm，锚 索 偏 巷 中 右725 mm。锚 索 规 格21.6 mm10 000 mm，使用长度不小于9 500 mm，加装恒阻器。恒阻器长500 mm，外径72 mm，最大21106上巷北21106中间巷21106工作面二水平南翼回风大巷二水平南翼运输大巷二水平南翼轨道大巷21106下巷沿空留巷92允许变形量350 mm，恒阻值为33 t2 t，预紧力不小于280 kN。非留巷侧巷帮采用2排单锚索（三花布置）加强支护，锚索规格21.6 mm4 800 mm，使用长度不小于4 500 mm，配合400 mm400 mm20 mm的锚索托盘使用，间排距1 400 mm1 000 mm，第1排 锚 索 距 顶 板1 200 mm，锚 索 规 格21.6 mm4 800 mm，使用长度不小于4 500 mm。顶板及非留巷侧巷帮加强支护如图2所示。（a）巷道剖面图（b）巷道平面图图2顶板及非留巷侧巷帮加强支护图3.2薄喷防腐技术回采巷道受潮湿空气、顶帮渗水、散杂电流及有害气体（碳氧化物、氮氧化物、硫化物等）的侵蚀，极易出现各类支护材料腐蚀现象。肖玲等人研究发现腐蚀对锚杆塑性的损害程度远大于对其承载力的损害程度，这使得锚杆在发生破坏前难以监测到明显的变形，极易造成突发性事故。所以防止回采巷道外露支护材料腐蚀，确保初始支护强度不降低，对于有效控制深部超长工作面沿空留巷的长期稳定将起到非常重要的作用。煤炭科学研究总院南京研究所和开滦集团研制的南京薄喷-16型材料，在封闭型支护工程中优于速喷薄衬材料，更优于混凝土喷浆材料。该材料在开滦东欢坨矿业分公司、龙煤集团鹤岗公司兴安矿、冀中能源集团邢台矿均得到很好地应用。城郊煤矿在21106下巷沿空留巷顶板及非留巷侧巷帮推广使用南京薄喷-16，对裸露在煤岩外的支护材料进行封闭，妥善解决了支护材料腐蚀严重、围岩风化等问题。3.3切顶爆破技术通过双向聚能装置导向和抑制作用，对爆轰产