综采工作面回撤巷道支护技术优化研究与应用_孙端.pdf

江西煤炭科技2023年第1期回撤巷道作为矿井撤面回收设备的通道，受超前支承压力等影响，围岩变形量大1-3。传统的回采工作面常采用预掘回撤巷道，保证设备的顺利回撤4-5。为了提高贯通后回撤巷道围岩稳定性，干河煤矿预先留设回撤巷道，通过“调斜末采”，即斜切逐步进入回撤巷道。由于回撤巷道受工作面超前支承压力影响，如果支护强度不足，巷道会发生冒顶、片帮等现象，影响工作面回撤进度。因此，需对回撤巷道加强支护，在保证工作面顶板安全的前提下，最大限度地降低工作面支护成本和工人劳动强度6-8。1工作面概况边角煤C工作面位于西翼三条大巷北侧，工作面西侧、北侧均为实体煤。煤层顶板为铝质泥岩、泥岩、细粒砂岩（K8），底板为砂质泥岩、中粒砂岩（K7）。为了提高工作面回采后回撤进度，需预先留设回撤巷道的方式进行回撤。由于回撤巷道受工作面超前支承压力影响较大，巷道围岩运动剧烈，掘进后围岩变形量大，支护较为困难。合理的支护措施及支护参数对保证巷道围岩稳定性极为重要，关系到工作面的回撤进度及生产接续。因此，需加强回撤巷道支护强度，保证工作面安全回撤。2回撤巷道支护分析2.1原设计支护方案及参数根据以往工作面末采回撤经验总结出了一套回撤巷道的支护方案：采用锚杆+锚网+钢筋梯子梁进行联合支护，设计的支护参数如表1所示。表1回撤巷道原设计支护参数支护材料直径长度/mm间排距/mm备注高强预应力锚杆2 0 24 0 0（顶板）8 0 0 8 0 0（顶板）4根2 0 24 0 0（两帮）8 0 0 8 0 0（两帮）5根锚索1 7.8 50 0 016 0 0单排布置球形托盘1 5 0 1 0菱形金属网4.526 0 0 11 0 0（顶板）双层13 0 0/12 0 0 10 0 0（两帮）单层钢筋梯子梁1 241 0 0 6 0 8 0 0（顶板）23 0 0 6 0 8 0 0（两帮）摘要：边角煤C工作面通过预先留设回撤巷道的方式进行回撤，通过论证认为回撤巷道原设计支护锚杆、锚索间排距过小，增加了支护成本，拟适当扩大支护锚杆、锚索间排距。通过数值模拟分析，对原支护参数进行了优化，实际应用后，通过现场监测，巷道最大两帮移近量、顶板下沉量分别为1 8mm、2 2mm，不仅能够满足巷道稳定性要求，还使成巷道本降低了3 7.2%。关键词：回撤巷道；支护参数；支护成本；顶板下沉量中图分类号：TD8 2 3.8文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 4 3-0 3Research and Application of Support Technology Optimization for Equipment Remove Roadway in Boundary Coal-pillar C Fully Mechanized Coal FaceSun Duan(Fenhe Coking Coal Co.,Huozhou Coal Power Group,Hongdong,Shanxi 041602)Abstract:In view of the small row spacing between the originally designed support bolts and anchor cables,and the high cost ofsupport,the author proposes to appropriately expand the row spacing between support bolts and anchor cables,and optimizes theoriginal support parameters based on numerical simulation analysis,whose application proves that the maximum convergence ofthe two sides of the roadway and the roof subsidence are respectively 18 mm and 22 mm,which can not only meet the stabilityrequirements of the roadway,but also reduce the cost of the roadway by 37.2%.Key words:equipment remove roadway;support parameter;support cost;roof subsidence综采工作面回撤巷道支护技术优化研究与应用孙 端（山西焦煤霍州煤电汾河焦煤公司，山西洪洞0 4 1 6 0 2）4 3江西煤炭科技2023年第1期2.2原设计支护方案数值模拟分析采用F L A C3 D软件模拟回撤巷道采用原设计支护方案时应力和位移变化情况，验证支护效果。建立3 0 0m 1 0 0m 4 0m的力学模型，垂直方向施加1 1.2 5M P a应力，材料参数如表2所示。表2回撤巷道材料参数岩层弹性模量G/GPa密度kg/m3摩擦角f/黏结力C/MPa抗拉强度T/MPa抗压强度T/MPa细粒砂岩（K8）8.026 0 02 26.08.05 5泥岩5.224 0 02 54.85.04 0铝质泥岩2.822 0 03 22.92.83 0边角煤1.214 2 02 01.21.01 2砂质泥岩2.725 0 02 32.62.62 8中粒砂岩（K7）3.223 0 02 63.33.03 22.3模拟分析回撤巷道采用原设计支护方案时模拟结果如图1所示。（a）垂直应力（b）垂直位移（c）水平位移图1回撤巷道原支护模拟结果由图1可知，回撤巷道采用原设计支护方案后，最大垂直应力为2 6M P a，应力集中系数为2.3。由（a）应力图可以看出，巷道右侧（近回采工作面侧）距巷帮4m处及边角区域，应力出现大面积集中，对巷帮及边角区域稳定性影响较大。由（b）、（c）位移图可知看出，巷道垂直位移主要出现在左上角，最大垂直位移为1 4m m，最大两帮位移为8m m。回撤巷道原设计支护方案能够满足围岩的稳定性要求，但因原设计的锚杆、锚索间排距小，造成资源浪费，增加支护成本。3支护参数优化分析3.1支护参数优化根据原设计支护方案数值模拟结果分析，应用工程类比法和理论计算方法，拟定回撤通道锚杆、锚索支护技术优化方案：在保证围岩稳定性的前提下，适当扩大原支护中锚杆、锚索间距，充分发挥锚杆、锚索协同支护作用，在保证巷道稳定性的同时减少支护成本，优化后支护参数如表3所示。表3回撤巷道优化后支护参数支护材料直径长度/mm间排距/mm备注高强预应力锚杆2 0 20 0 0（顶板）8 0 0 10 0 0（顶板）4根2 0 24 0 0（两帮）10 0 0 12 0 0（两帮）4根锚索1 7.8 50 0 020 0 0单排布置球形托盘1 5 0 1 0菱形金属网4.526 0 0 11 0 0（顶板）双层13 0 0/12 0 0 10 0 0（两帮）单层钢筋梯子梁1 241 0 0 6 0 8 0 0（顶板）23 0 0 6 0 8 0 0（两帮）3.2数值模拟分析回撤巷道支护参数优化后，通过模拟得到巷道应力和位移变化情况，如图2所示。（a）垂直应力（b）垂直位移（c）水平位移图2回撤巷道支护参数优化后模拟结果由图2可知，回撤巷道支护参数优化后，仍然可以满足巷道稳定性要求。由（a）应力图可以看出，应力分布规律与原支护时基本一致，但边角应力集中程度相对减小，边角区域仍需要加强日常维护，最大垂直应力为1 4M P a。由（b）、（c）位移图可知看出，巷道最大垂直位移为1 8m m，最大两帮位移为1 1m m。虽然支护参数优化后巷道围岩变形量有所增大，但不影响巷道的稳定性。由于回撤巷道服务时间短，支护参数优化后不仅满足巷道稳定性要求，还能节约成本，加快施工速率，减少工作面回撤时间。4支护效果分析4.1测点布置采用优化后的支护参数施工的回撤巷道长度4 0 0m，为了验证支护参数优化后支护效果，在巷4 4江西煤炭科技2023年第1期道布置监测点监测围岩变形量。在揭露回撤巷道时布置1#监测点，共布置1 0个监测点，间距2 0m，如图3所示。图3回撤巷道围岩变形量监测点布置4.2监测分析在监测的2 8 d内，回撤巷道顶板、两帮变形量如图4所示。（a）两帮移近量（b）顶板下沉量图4回撤巷道监测围岩变形量由图4（a）两帮移近量监测图可知，采用优化后的支护参数施工的回撤巷道两帮移近量呈现先增大后逐渐稳定趋势；在第6 1 4d巷道变形速率快，在2周时间内两帮移近量为1 2m m；在第2 0d两帮移近量达到峰值，最大变形量为1 8m m；巷道两帮移近量峰值、最大变形速率均由8#监测点测出。由图4（b）顶板下沉量监测图可知，回撤巷道支护参数优化后顶板下沉量同样呈现先增大后逐渐稳定趋势；在第1 1 4d巷道顶板下沉速率最快，为1.1m m/d，1 4d后顶板下沉速率降至0.2m m/d，在第2 2d后基本不再变化，最大顶板下沉量为2 2m m，由4#监测点测出。回撤巷道支护参数优化后，最大两帮移近量、顶板下沉量分别为1 8m m、2 2m m，变形量相对较小，能够保证围岩稳定性，优化后锚网索协同支护，对巷道围岩变形起到了良好的控制作用。5经济效益分析工作面采用“调斜末采”过空巷工艺及优化回撤巷支护参数，不仅缩短了施工工期，还减少了施工成本。巷道支护参数优化前后经济效益对比情况如表4、表5所示。表4回撤巷道支护优化前后消耗材料对比材料名称规格尺寸/mm配置及说明原支护方案每米材料消耗量优化后每米材料消耗量高强预应力锚杆（顶板）MG5 0 02 2 24 0 0杆体、垫圈、高强螺母，1 5 0mm1 5 0mm1 2mm5套4套高强预应力锚杆（帮部）6.2 5套3.3套锚索1 7.8 50 0 0钢绞线、锚具0.6 3套0.5套锚固剂K2 3 5 0顶板锚杆5支4支5支4支锚固剂帮部锚杆1 2.5支6.6支锚固剂顶板锚索1.9支1.5支表5支护优化前后经济效益比较方案锚杆、锚索/m每米节约工时支护总长度/m成本/万元原支护10 8 6.704 0 04 3.4 8优化后7 3 5.43 2.5%4 0 02 7.2 9由表4、表5可知，回撤巷道支护参数优化后每米节约工时3 2.5%，成本降低了3 7.2%，有效提高了矿井经济效益。6结论1）边角煤C工作面通过预先留设回撤巷道的方式进行回撤，巷道原设计采用锚杆+锚网+钢筋梯子梁进行联合支护，但因设计的锚杆、锚索间排距小，造成浪费，增加支护成本。2）对回撤巷道支护参数进行优化，适当扩大锚杆、锚索间排距，虽然巷道围岩变形量有所增大，但不影响巷道的稳定性。3）对回撤巷道进行监测，2 8d内巷道最大两帮移近量、顶板下沉量分别为1 8m m、2 2m m，支护参数优化后，每米节约工时3 2.5%，成本降低了3 7.2%，有效提高了矿井的经济效益。参考文献：1 黄华.沙坪煤矿1 8 1 5回撤巷道支护优化设计与应用J.石家庄：煤炭与化工，2 0 2 1，4 4（S 1）：1-3.2 李钦，张卫东.超大采高综采工作面回撤通道设计与实践J.山东煤炭科技，2 0 2 0（8）：4 7-4 9.3 徐少春.综采作业面回撤巷道支护优化分析J.太原：能源与节能，2 0 1 8（8）：3 4-3 5.4 彭博，范映冲，杨凯，等.唐家河矿区综采工作面回撤（下转4 9页）4 5江西煤炭科技2023年第1期巷道支护参数优化设计J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 1 7，3 6（1 0）：4 7-4 9.5 邢国强.大采高综采工作面回撤通道支护设计的优化J.江西煤炭科技，2 0 1 6（3）：7 1-7 3.6 李兴华，原登亮，薛瑞瑞.综采工作面回撤巷道支护技术优化研究与应用J.北京：煤炭工程，2 0 1 6，4 8（3）：4 6-4 8，5 1.7 张连海，和新亮，张显峰，等