综放工作面回撤通道支护优化

王 鑫

（山西王家岭煤业有限公司， 山西 保德 036600）

引言

采煤工作面煤炭回采结束后，需要预留回撤通道用以回撤采煤机、液压支架、刮板输送机等煤炭开采设备，回撤通道稳定性会直接影响采煤设备回撤效率[1-3]。为此，众多的研究学者对回撤通道支护技术展开研究，对回撤通道施工方式以及围岩支护方式等展开研究[4-7]。文中就以山西某矿30902 综放工作面设备回撤为工程背景，在对现场条件分析基础上对回撤通道支护工艺进行优化，以便为后续其他采面回撤通道支护工作开展提供经验借鉴。

1 山西某矿30902 综放工作面工程概况

30902 综放工作面位于3 采区，开采的9 号煤层厚度均值6.5 m，煤层赋存稳定，埋深平均460 m，煤层倾角4°～9°，坚固性系数介于0.5～1.5。采面东侧为矿井开采边界，西侧为9 号煤层胶带输送机运输巷，南侧为已经回采完毕采空区，北侧为实体煤。30902 综放工作面采放比为1∶1，采高3.2m、放煤高度3.3m，割煤进尺800 mm。开采范围内水文地质条件简单至中等，正常涌水量介于20～25 m3/h，最大涌水量50 m3/h。

30902 综放工作面回撤通道原支护方案采用锚网索工艺支护，支护采用的锚杆长度2.2 m，锚固长度1.2 m，并使用双层金属网（直径4.5 mm 金属网编制，网片10 m×1 m）护表，具体预先设计的回撤通道支护断面如图1 所示。结合30902 综放工作面回撤通道现场实际条件，提出两种回撤通道优化支护方案。

图1 回撤通道原支护方案（单位：mm）

2 回撤通道支护优化

为降低回撤通道支护耗时、降低支护成本，采用工程类比法对回撤通道支护参数进行优化。将巷道原有支护方式改为高强预应力锚网梁支护方式，并通过采用增加锚固长度或者全长锚固方式提高锚固效率，适当增加锚杆布置间距；采用金属网提高护表结构强度以及整体稳定性，在顶角位置斜插锚杆，形成结构效应；通过使用高强锚杆支护体系，适当增加顶部锚索间距，通过锚杆、锚索协同作用，提高围岩稳定性。

适当增加顶部锚杆、锚索长度，并扩大顶部锚杆间排距；巷帮煤壁3 排锚杆长度均有所增加，间排距适当扩大。具体回撤通道支护参数为：回撤通道顶板锚杆材质为HRB335 高强螺纹钢，锚杆规格为Φ20 mm×2400 mm，间排距分别为800 mm、1200 mm，在顶板两侧锚杆均有15°外插角；顶锚索材质为钢绞线，规格为Φ18.9 mm×8300 mm，锚索布置在回撤通道顶板中部布置一排，间排距均为2400 mm。

回撤通道两帮煤壁采用的材质HRB335 螺纹钢锚杆，规格为Φ20 mm×2000 mm，锚杆间排距均为1200 mm，在巷帮最上侧锚杆（位于巷道顶板下方500 mm 位置）有15°向上斜插角，在巷帮最下侧锚杆（位于底板上方600 mm）有15°向下斜插角。金属网铺设方式与巷道原支护参数一致。具体优化后回撤通道支护断面如图2 所示。

图2 优化后回撤通道支护断面（单位：mm）

具体回撤通道支护优化后回撤通道水平、垂向位移云图如下页图3 所示。从图3 中看出，通过适当增加锚杆、锚索间排距，回撤通道顶底板及巷帮位移量仍保持在较小范围，其中顶底板位移量在105 mm 以内，两帮位移量在46 mm 以内，可满足巷道使用需要。

图3 支护优化后回撤通道围岩变形模拟图

3 现场应用效果分析

3.1 支护成本

在采面回采至停采线位置附近后，采用采煤机由机头向机尾位置推进从而形成回撤通道；采煤机割煤10 m 后，即开始施工顶板锚杆、锚索，当回撤通道顶板条件变差时可适当缩小锚杆、锚索间排距。

通过对于原回撤通道支护方案以及优化后回撤通道支护方案发现，两种回撤通道支护方式均可满足巷道围岩控制需要，围岩变形量均较小，但是优化后的回撤通道支护方案在经济性以及施工效率等方面均表现出显著优势。具体两种回撤通道支护方案费用对比情况见表1。

表1 支护方案优化前后支护成本对比情况

从表1 看出，优化后的回撤通道支护方案在确保支护强度的同时可降低支护材料使用量以及使用成本，统计发现锚杆（索）支护成本降低约45.7%；回撤通道支护效率更高，可缩短煤炭开采设备回撤耗时。对回撤通道支护参数优化后，不仅可满足回撤通道围岩控制需求而且可取得较为显著的经济效益。

3.2 围岩支护效果分析

围岩变形量是衡量回撤通道支护优化效果的一个关键方面。在回撤通道内每隔60 m 布置一个测站，对回撤通道围岩变形量、顶板岩层离层量以及锚杆索受力情况等进行监测，具体回撤通道顶底板、巷帮变形量监测结果如图4 所示。

从图4 中可看出，在工作面综放设备回撤期间，回撤通道顶底板最大变形量为108 mm、变形速度为4.5 mm/d，巷帮最大变形量为63 mm、变形速度为2.6 mm/d。回撤通道巷板变形量整体较小，表明优化后的回撤通道支护方案可达到抑制回撤通道围岩变形目的，可为工作面综放设备回撤提供相对安全环境。

图4 回撤通道顶底板、巷帮变形量监测结果

4 结论

30902 综放工作面回撤通道采用锚网索支护工艺，原支护参数存在支护强度高、支护密度大等特点，虽然此支护参数可满足回撤通道围岩控制需要，但是却存在支护耗时长、支护费用高等问题。为此提出结合工程类比法以及数值模拟法对回撤通道支护参数进行优化，具体是适当增加支护锚杆、锚索强度，增加支护间排，达到在满足围岩支护需要同时降低支护费用以及支护耗时。

对优化后回撤通道支护参数进行设计，并进行现场应用。结果表明，优化后的回撤通道支护方案不仅可满足回撤通道围岩控制需要，而且综合支护成本较原支护方案降低约16.83 万元，支护耗时缩短约47%，现场取得较好应用成果。