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综采面回撤通道的掘进与围岩变形影响分析

2024-08-14 93 上传者：管理员

摘要：以枣泉煤矿综采工作面回撤通道的施工方式为工程实例；拟定“预掘回撤通道、采煤机截煤形成回撤通道和分步掘进形成回撤通道”三种施工方案进行了比较，认为预掘回撤通道变形大、维护成本高，采煤机截割煤层形成回撤巷道存在容易出现冒落、煤壁易片帮、支护困难等问题，而分步掘进形成回撤通道方式解决了预掘回撤通道顶板下沉量大、支护困难，以及采煤机截煤形成回撤通道时顶板支护实施困难的问题，效果最佳；另外，回撤巷道距离工作面的距离越近，顶板、底板和侧帮变形变化越明显；回撤巷道分步掘进施工方式具有显著的技术优势。

关键词：
回撤巷道
围岩变形
掘进方式
煤炭采掘技术
综采工作面
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随着煤炭采掘技术的进步，近年来掘进工作面掘进工艺向大采高智能化方向发展[1-2]。掘进工作面的增大，极易出现变形剧烈、支护困难等问题，这就给回撤巷道支护工作提出了更高的要求[3]。相关研究表明[4]，枣泉煤矿中的某一大综采工作面在回撤巷道掘进引进了预掘双回撤通道工艺，代替采煤机截割单回撤通道技术，取得了较好的回撤支护效果。综采工作面回撤巷道掘进作为掘进支护的第一步，直接关系着后续工作面回撤的可靠性，国内其他学者对于回撤通道掘进方式也有相关研究，但未给出不同掘进方式对围岩变形情况的影响研究结果[5-6]。因此，基于枣泉煤矿综采工作面实际情况，开展不同掘进方式下回撤通道围岩变形规律研究，对回撤巷道掘进方式的选择具有重要的指导意义。

1、工作面概况

该综采工作面已经实现了智能化，采煤过程完全由智能化机械完成。目前使用的采煤方法为长壁后退式，取得了安全高效采煤的效果。综采工作面采煤高度为6.5 m，大采高液压支架支护，采空区的顶板处理方法为完全垮落式。工作面掘进工作点距离运输线停止采煤的位置35.6 m，距离材料巷道停止采煤的位置63.9 m，停止采煤的界限中，材料巷道超前于运输巷道25 m，要求从此处开始要降低采高尺寸，采高严格限制在5 m以内。

2、回撤巷道掘进方式分析

综采工作面液压支架回撤工作作为采煤工作必不可少的流程，属于综采工作面的收尾工作。回撤巷道作为支架回撤的通道，掘进方法主要有三种，分别为预掘回撤通道、采煤机截煤形成回撤通道和分步掘进形成回撤通道。

2.1 预掘回撤通道

预掘回撤通道是在综采工作面停止采煤的位置预先掘进回撤通道，掘进方式如图1所示。预掘回撤通道过程中不会过大影响到巷道的掘进和支护工作，但该回撤通道掘进方法容易受到采动应力的干扰，巷道变形成为不可避免的问题，预先掘进不能起到及时使用的效果。为了确保回撤巷道围岩变形可控，需要对其进行锚索补强、垛式支架、注浆等措施加强支护，将会增大回撤巷道掘进成本。

图1 预掘回撤通道

2.2 采煤机截煤形成回撤通道

采煤机截煤形成回撤通道是指在综采工作面不直接推采至停采处，就停止液压支架向前推移，通过采煤机连续采煤作业，直至完成规定巷道尺寸为止，作为回撤通道。掘进方式如图2所示。采煤机截割煤炭形成的回撤通道，位置处于低应力区，好处就是应力较小。这种方法施工时液压支架上前的顶煤经常出现冒落、片帮等问题，并且截割煤炭之后的顶板位置存在较大的空顶区域，锚索梯网支护实施困难，且对施工人员的安全带来很大威胁。

图2 采煤机截煤形成回撤通道

2.3 分步掘进形成回撤通道

分步掘进形成回撤通道指的是分层、分步掘进形成回撤通道，同样不掘进至采煤处，提前固定液压支架，完成上层煤炭的开采掘进，同时使用刮板输送机配合采煤机进行刷帮清底，拾底至回撤巷道外帮，如图3所示。分步掘进形成回撤通道方法具有诸多的技术优势，包括能够有效解决回撤巷道利用率低、巷道对接不上等情况，且掘进速度快，掘进出煤输送顺畅，作业安全可靠。

图3 分层、分步掘进形成回撤通道

3、回撤通道围岩变形分析

3.1 建立数值模型

综采工作面位置的煤层包括泥岩、砂质泥岩、细砂岩、砾石和煤，运用离散元软件UDEC进行综采工作面数值模型的建立，结果如图4所示，模型的整体尺寸为210 m×116 m，给出了回撤巷道的尺寸及监测点的布置情况，用于仿真完成不同掘进方式下综采工作面回撤通道围岩变形情况。

图4 模型尺寸及监测点分布

3.2 回撤通道围岩变形分析

(1）回撤巷道围岩变形情况。为了研究回撤巷道围岩变形情况，通过对预掘回撤通道顶板、底板和侧帮变形进行监测，统计结果如图5所示。由图5可得，综采工作面回撤巷道掘进之后会出现顶板下沉、侧帮变形和底鼓等问题，其中顶板下沉量为44.5 mm，侧帮最大变形数值为22 mm，底鼓数值为58 mm；继续进行掘进，回撤巷道围岩出现变形波动的现象，初期围岩存在较为稳定的变形趋势，直至掘进长度达到80 m的时候，巷道的整体变形逐渐降低，增大变形的位置是顶板和侧帮，底鼓位置的变形较小；随着掘进巷道不断推进至40 m左右时，底板位置出现明显下沉，之后在20 m左右侧帮的变形也出现明显增加，底鼓数值进一步降低，直至工作面采煤推进之后15 m位置再次出现增大趋势。

图5 预掘回撤通道围岩变形

(2）不同掘进方式对围岩变形的影响。模拟上述三种回撤巷道掘进方式下围岩变形情况，如图6所示。观察图6可以看出，采煤机截割煤层和分步掘进进行回撤巷道的挖掘时，均会导致顶板和侧帮位置的变形，顶板下沉情况基本相同，二者比较，后者的掘进效果较好。

综上所述，综采工作面采用分步掘进方法较好，解决了预掘回撤通道顶板下沉量大、支护困难，以及采煤机截煤形成回撤通道时顶板支护实施困难的问题，具有很好的应用效果。

图6 不同掘进方式下回撤通道围岩变形

4、结语

回撤巷道作为综采工作面设备撤出的重要通道，其掘进方法直接与回撤巷道的变形量相关。以枣泉煤矿综采工作面为工程背景，拟定“预掘回撤通道、采煤机截煤形成回撤通道和分步掘进形成回撤通道”三种掘进方案进行了比较，认为预掘回撤通道变形大、维护成本高；采煤机截割煤层形成回撤巷道存在容易出现冒落、煤壁易片帮、支护困难等问题；而分步掘进形成回撤通道方式能够克服上述两种方式的不足，效果较好。回撤巷道距离工作面的距离越近，顶板、底板和侧帮变形变化越明显；分步掘进方法施工回撤巷道的顶板、底板和侧帮变形数值较小，有效解决了预掘回撤通道顶板下沉量大支护困难，采煤机截煤形成回撤通道时顶板支护困难的问题。

参考文献:

[1]张杰,陈诚,甄泽,等.综采工作面末采回撤通道围岩变形控制研究[J].煤炭工程,2021,53(6):40-45.

[2]张刚洲,孙中光,刘飞.大采高综采工作面回撤通道底鼓控制技术[J].山东煤炭科技,2015(2):74-75,78.

[3]张智福,马国军,孟庆新.老巷改为综采工作面回撤通道[J].煤炭技术,2014,33(12):73-75.

[4]石茂虎.综采工作面回撤通道围岩控制技术研究[J].山西焦煤科技,2022,46(2):30-32.

[5]焦光昊.深部矿井工作面回撤通道稳定性及控制技术[J].江西煤炭科技,2023(1):110-113.

[6]郝少龙.综放工作面回撤形成空间方案优选及应用实践[J].江西煤炭科技,2022(4):18-20.

文章来源:韩斌权.综采面回撤通道的掘进与围岩变形影响分析[J].江西煤炭科技,2024,(03):58-60.