复杂条件下回撤通道施工及支护技术_禹洋.pdf

2023年第7期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-16作者简介：禹洋（1988-），男（汉族），山西霍州人，工程师，现从事煤矿安全生产管理工作。复杂条件下回撤通道施工及支护技术禹洋*（山西焦煤霍州煤电店坪煤矿，山西 吕梁 033102）摘要：基于店坪煤矿204工作面结采期间，受构造应力影响工作面回采通道施工难度大、围岩控制效果差等技术难题，通过技术研究，决定对工作面回撤通道采用采煤机一次性成巷施工工艺，并对回撤通道顶板采用“锚杆（索）+卸压支护+组合锚索+单体液压支柱支护”联合支护技术，通过实际应用效果来看，一次性成巷法减小了顶板空顶距，加快了回撤通道施工速度，联合支护技术后控制了应力区顶板变形、下沉现象，取得了显著应用成效。关键词：综采工作面；回撤通道；施工工艺；支护技术；应用分析中图分类号：TD82.72 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)07-0175-03综采工作面回采结束后需施工一条回撤通道，然后对工作面内的机电设备进行搬移，回撤通道一般施工在停采线附近，在实际回采施工过程中由于受施工工艺、地质构造、四邻采空区等影响，回撤通道施工难度大、支护效果差，主要表现在以下几方面：回撤通道施工效率低，受工作面回采影响大；回撤通道施工过程中设备安装数量多，增加了后期工作面机电设备回撤任务量；回撤通道施工期间受集中应力影响，顶板破碎、煤壁片帮严重等，不仅制约着回撤通道快速施工，而且影响着后期工作面安全快速回撤；本文以店坪煤矿204工作面为研究对象，对工作面回撤通道施工方案进行合理选择，并提出了合理有效的安全支护技术。1概述山西焦煤霍州煤电店坪煤矿204工作面位于井田二采区，工作面西部为830系统大巷，南部为206工作面，北部为202采空区，204工作面顺槽长度为1775m，工作面长度为247m，工作面回采煤层为9#煤层，平均厚度为2.8m，平均倾角为3，工作面范围内煤体结构较稳定，含有24层夹矸，夹矸为砂质泥岩，夹矸总厚度为0.250.35m。煤层厚度较稳定，煤层顶底板岩性如表1所示。204工作面采用综合机械化回采工艺，截止2021顶底板名称老 顶直接顶直接底老 底岩石名称砂质泥岩细砂岩砂质泥岩细砂岩厚 度(m)2.78.35.64.29.66.74.37.56.20.83.52.0特 征深灰色砂质泥岩，含大量的根化石浅灰色细砂岩，长石分化成褐色斑点灰色砂质泥岩，水平层理明显灰褐色细砂岩表1204工作面回采的9#煤层顶底板岩性表年 8 月 13 日工作面已回采至 1480m，距停采线还剩20m(停采线位置位于 1500m 处，与盘区系统巷预留275m保安煤柱），根据工作面地质资料显示，工作面在停采期间共计揭露三条正断层，断层平均落差为1.6m，1752023年第7期西部探矿工程平均倾角为52，受断层影响预紧回撤通道在施工过程中出现顶板破碎现象，对回撤通道施工及支护影响相对较大。2回撤通道施工方案对比分析为了保证回撤通道安全快速施工，店坪煤矿通过技术研究对回撤通道施工方案进行对比分析，提出了一次性成巷施工工艺。2.1方案一提前预掘回撤通道（1）施工工艺：工作面回采至回撤通道前15m处时，在停采线位置提前掘进一个回撤通道，采用掘进机掘进，回撤通道内安装一部带式输送机与204工作面运输顺槽内的带式输送机搭接联合出煤，回撤通道施工后及时对回撤通道内顶板及两帮进行支护。（2）施工工艺优缺点：采用该方法进行回撤通道施工时，施工难度相对较小，受工作面回采影响小，但是增加了回采工作面掘进工程量，而且回撤通道施工时需安装风机、掘进机，增加了工作面设备安装数量。且随着工作面推移，当工作面与回撤通道贯通前后围岩应力大，很容易造成回撤通道围岩破碎现象。2.2方案二一次性成巷法（1）施工工艺：工作面回采至距停采线4.0m处时停止移架，然后采用采煤机进行回撤通道施工，采煤机每次进刀深度为0.5m，采用往返割煤方式，采煤机割煤长度为达50m后后移采煤机再进行二次割煤，当顶板空顶宽度达1.0m后及时对顶板进行永久支护，依次类推直至整个回撤通道施工完成。（2）施工工艺优缺点：采用该方法进行回撤通道施工时掘进速度相对较慢，但是回撤通道受应力影响小，通道施工期间能够及时对顶板进行有效支护，而且避免了工作面与回撤通道贯通现象。通过综合对比分析，决定对204工作面回撤通道采用一次性成巷法施工工艺。3回撤通道施工工艺由于204工作面回撤通道位于断层集中应力区，为了保证回撤通道安全快速施工，防止顶板出现垮落事故，决定对回撤通道采取联合支护措施。3.1锚杆（索）支护（1）当204工作面通道采煤机回采后断面顶板宽度达1.0m且回采长度为50m时，对顶板布置W型钢带并采用锚杆进行支护，钢带长度为5.0m，每根钢带上布置5根长度为2.5m锚杆，锚杆布置排间距为1.1m。钢带与工作面煤壁平行布置，相邻两根钢带首尾锚杆叠加布置。回撤通道内共计布置 4 排钢带，布置排距为1.0m，第一排与第四排钢带距支架前探梁以及煤壁间距为0.5m，如图1所示。图1204工作面回撤通道联合支护断面示意图（2）顶板共计施工两排组合锚索，同一排组合锚索布置间距为 3.0m，相邻两排组合锚索布置排距为2.2m，第一排组合锚索布置在第一排与第二排钢带之间，第二排组合锚索施工在第三排与第四排钢带之间；每组组合锚索由一块方托板和三根锚索组成，方托板长度及宽度为0.5m，厚度为5mm，托板上布置三个锚索支护孔，锚索长度为5.3m，直径为21.8mm。3.2卸压钻孔施工由于204回撤通道布置区域属于高应力区，回撤通道施工后在构造应力作用下回撤通道顶板出现断裂、煤壁片帮现象，所以决定对回撤通道顶板施工卸压孔。（1）204回撤通道内顶板上共计布置一排卸压钻孔，布置在第二排与第三排钢带之间，卸压孔垂直顶板布置，卸压孔深度为6.0m，直径为75mm，布置间距为5.0m。（2）卸压孔施工完后为了防止在应力作用下出现孔壁塌孔现象，起不到预期卸压效果，决定对卸压孔内安装卸压护孔管，卸压护孔管采用PVC管制成，护孔管直径为72mm，每节护孔管长度为3.0m，相邻两节护孔管采用丝扣进行连接；护孔管安装到位后在孔口处安装固定座并采用锚杆将其固定在顶板上。3.3单体液压支柱支护回撤通道在施工过程中煤壁承载强度低，很容易造成顶板与煤壁之间的三角煤柱极易垮落，所以决定支设单体液压支柱。回撤通道内共计支设一排单体柱，单体柱采用“一梁两柱”的支护方式，采用“”型顶梁，顶梁长度为1.2m，顶梁与煤壁处置布置，同一组两根单体柱布置间距为1.0m，单体柱布置排距为1.5m，单体柱支设后保证顶梁与顶板接触严实。（下转第180页）1762023年第7期西部探矿工程类组成，稳定性较好，浅部岩石因风化破碎，质量较差。区内岩石质量总体为中等的，岩体中等完整。故该矿区工程地质条件属中等类型。3.3环境地质条件区内地震活动较活跃，但以弱震为主，根据 中国地震动参数区划图（GB 18306-2015）,本区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度值为，地震动反应谱特征周期为0.35s。综合地质构造特征、断裂及地震活动特征，本区在区域地质上属相对稳定地区。根据调查和走访当地村民知，工作区未发生过大的崩陷、滑坡、泥石流等地质灾害，未有矿山开采活动。矿区南部零星分布有一些村民居住，整体来说，矿区环境地质现状较好。根据本矿区的环境地质条件，可能诱发、加剧的环境地质问题主要是水资源环境改变和矿坑水与废矿渣对矿山环境地质问题的影响。预测矿体深部开采引发的主要环境地质问题是因矿体顶、底板围岩稳定性差而引发的诸如地面和采空区的冒落塌陷及开裂变形等环境地质问题，另外，矿坑长期抽排地下水引起地下水位下降，造成含水层的破坏，从而对附近居民的生活用水造成一定的影响，因而，本矿区地质环境质量属中等类型。4总结（1）矿区石墨为中炭石墨，品牌号为LZ，矿石选矿加工技术性能良好。（2）本矿区水文地质条件类型属简单的以基岩风化裂隙含水层充水为主，顶底板直接充水矿床。（3）本矿区区内岩石质量总体为中等的，岩体中等完整。故该矿区工程地质条件属中等类型。（4）本矿区开采主要环境地质问题是因矿体顶、底板围岩稳定性差而引发的诸如地面和采空区的冒落塌陷及开裂变形和地下水位下降等环境地质问题，本矿区地质环境质量属中等类型。（5）整体上，本矿床开采技术条件属中等的以工程地质和环境地质为主的复合问题矿床类型（-4）。参考文献:1边敏,陈松林,刘林,程林,刘海,范玖琳,李小伟,陈晨,兰绿灯,姚敬劬.黄陵断穹核部鳞片石墨矿床石墨矿物学研究J.西北地质,2020,53(3):76-85.2仇心礼.宜昌三岔垭石墨矿的开发利用及发展方向J.非金属矿,1993(1):38-40.3郭威,陈梦杰,闫斌,杨宏伟,曾凯,万传辉,刘林,斯小华,王腾,范玖琳,秦元奎,刘海.鄂西黄陵背斜地区石墨矿床含矿岩石的地球化学特征及物源分析J.桂林理工大学学报,2020,40(3):457-469.4刘继平,李傲竹,朱灿豪,许同舟.湖北兴山周家湾石墨矿地质特征及找矿前景探讨J.西部资源,2022(1):146-149.5王书春,王翔.湖北广水红安一带晶质石墨成矿地质特征及成因探讨J.中国非金属矿工业导刊,2021(3):34-37.6杨合群.石墨矿床类型J.西北地质,2018,51(3):199.7张杰,郭申祥,王书春,徐攀.湖北兴山坟埫坪石墨矿地质特征及找矿潜力分析J.中国非金属矿工业导刊,2020(4):55-59.（上接第176页）4结束语2021年8月19日开始施工204回撤通道，8月28日回撤通道已施工完成，通过对回撤通道施工方案进行对比分析，以及采取合理有效的支护技术，取得了显著应用成效：（1）204工作面采用一次性成巷的方法进行回撤通道施工时，简化了工作面回撤通道施工工艺，减少了工作慢设备安装数量，提高了工作面回撤通道施工煤矸运输效率。（2）对回撤通道顶板采取锚杆（索）、卸压钻孔、组合锚索以及单体柱等联合支护后，提高了回撤通道顶板稳定性，防止了因构造应力作用下导致顶板垮落，保证了工作面后期设备回撤安全。参考文献：1张文鹏.综采工作面采煤机沿顶末采施工技术应用J.煤矿现代化，2022，31（3）：26-29.2于军利.综采工作面回撤通道快速施工技术的应用研究J.西部探矿工程，2022，34（5）：183-185.3丁峰.综采工作面大断面回撤通道支护设计J.机械管理开发，2022,37（3）：93-94.4郝雷.煤矿综放工作面通道支护及设备回撤技术研究J.内蒙古煤炭经济，2021,31（10）：112-114.5杨欣图.综采工作面收尾通道施工工艺及支护技术J.机械管理开发，2020，35（8）：172-173.6王永良.综采工作面快速搬家回撤工艺应用J.山东煤炭科技，2020，29（1）：79-85.7李晶.综采工作面回撤通道支护技术研究J.中国石油和化工标准与质量，2020,40（7）：183-184.8屈占飞.大采高综采工作面末采回撤通道施工技术应用J.能源与节能，2018,27（2）：71-73.9孙桂梁.近距离煤层破碎顶板下机组割煤回撤通道施工J.现代矿业，2016，32（4）：261-262.10张军鹏.松软煤层大垂高回撤通道设计与施工J.煤炭工程，2015,47（7）：18-20.180