快速掘進超前臨時支護支架選型

呂懷寶

(陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司， 陜西 延安 727307)

0 引言

隨著開采技術(shù)裝備的不斷發(fā)展和巷道掘進理論研究的不斷深入，快速、高效綜合掘進技術(shù)已應(yīng)用于國內(nèi)許多大型礦井，巷道快速掘進及成巷技術(shù)為綜采工作面快速推進和合理接續(xù)提供了基礎(chǔ)[1-3]。但掘進工作面端頭區(qū)域暫時尚處于空頂狀態(tài)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較為復(fù)雜時，巷道圍巖變形量大，破碎巖塊時有垮落，給工作面安全掘進帶來一定威脅[4]。為有效地減小陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦807進風(fēng)順槽掘進端頭區(qū)域巷道圍巖變形破壞，避免對作業(yè)人員造成威脅，同時進一步提高掘進速度，決定對掘進工作面端頭區(qū)域進行臨時支護，根據(jù)具體的地質(zhì)條件對支護參數(shù)進行了設(shè)計，并對支架進行了選型分析。使用超前臨時支護支架后，有效提高了掘進工作面安全性及經(jīng)濟效益。

1 工作面概況及永久支護方式

黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦807進風(fēng)順槽位于八盤區(qū)西翼，順槽北部為807回風(fēng)順槽，目前尚未掘進，南部為805回風(fēng)順槽目前正在掘進，西部靠近井田邊界，東接八盤區(qū)進風(fēng)巷。 巷道設(shè)計為矩形斷面。沿2號煤層頂板掘進，掘進范圍內(nèi)煤層厚度2.6～4.5 m，平均厚度3.6 m，結(jié)構(gòu)簡單，屬于穩(wěn)定煤層，巷道掘進寬度4.6 m，掘進高度3 m，掘進長度2 061 m，絕大部分區(qū)域?qū)偃簬r巷道。巷道頂?shù)装逄卣魅绫?所示。

頂板采用“錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)”聯(lián)合支護方式，頂錨桿為φ20×2 500 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配套使用200×200×12 mm鋼托板，間排距為800×800 mm，采用“六-六”矩形布置。錨索采用φ17.8×10 300 mm鋼絞線，錨深10 000 mm。兩幫采用“錨桿+塑鋼網(wǎng)”聯(lián)合支護，主幫錨桿為φ20×2 500 mm玻璃鋼錨桿，配套使用350×200×50 mm木托板；副幫錨桿為φ20×2 500 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配套使用長2.6 m的T140型鋼帶及80×80×10 mm鋼托板間排距均為700×1 000 mm，采用矩形布置。頂、幫網(wǎng)均采用塑鋼網(wǎng)，網(wǎng)孔55×50 mm。停采線向里10 m范圍頂板掛10#鐵絲菱形網(wǎng)支護。頂錨網(wǎng)支護距工作面正頭不超過0.8 m，幫錨網(wǎng)支護距工作面正頭不超過1.0 m，錨索支護距臨時支護尾部不超過12 m。巷道斷面布置如圖1所示。

表1 煤層頂?shù)装逄卣?/p>

圖1 巷道斷面

2 臨時支架選型

掘進工作面作業(yè)空間有限，臨時支護支架支護范圍應(yīng)與工作面空頂距離相適應(yīng)，同時與掘進機相互配套，臨時支護強度應(yīng)滿足巷道支護要求。

2.1 支架支護參數(shù)

巷道開挖后，改變了原有的地層結(jié)構(gòu)，巖層應(yīng)力會發(fā)生重新分布，巷道超前應(yīng)力可用自然平衡拱理論分析[5]，在深埋巷道頂部圍巖壓力為平衡拱內(nèi)巖體自重，如圖2所示。

自然平衡拱最大高度b1為：

(1)

圖2 巷道圍巖松動區(qū)示意圖

式中：f為掘進擾動影響下普氏系數(shù)，取1.7；a1為自然平衡拱的最大跨度。

(2)

式中：a為巷道寬度的一半，取2.3 m；h為巷道高度，取3.0 m；φ為煤體內(nèi)摩擦角，取28°。

巷道最大圍巖壓力q為:

q=rb1

(3)

式中：r為巷道上覆巖層容重，取25 kN/m3。

計算得，q=37.71 kPa，即807進風(fēng)順槽掘進工作面超前臨時支護強度不小于37.71 kPa。

2.2 支架選型

根據(jù)支架支護分析，確定采用ZL2×1800/24/32型超前臨時支護支架組，主要技術(shù)參數(shù)為：

支護高度/mm

2 400～3 200

支護寬度/mm

4 500

工作阻力/kN

3 600(P=30 MPa)

初撐力/kN

2 400(P=20 MPa)

立柱內(nèi)徑/mm

φ145

支護強度/MPa

>0.05

對底板平均比壓/MPa

≤1.5

支架中心距/mm

1 500

支架控制方式

手動/遙控

3 臨時支架組結(jié)構(gòu)及原理

臨時支架組由主架及輔架2組支架構(gòu)成，如圖3所示。主架頂梁由2根橫梁，4根縱梁及前挑梁組成；輔架頂梁由2根橫梁及4根縱梁組成。

1-主架； 2-輔架。圖3 ZL2×1800/24/32型超前臨時支護支架組

移架時，通過橫梁間的推移油缸推拉使某一支架向前移動，另一支架撐頂支護，移架過程中始終有一組支架支撐，形成邁步式結(jié)構(gòu)，減少對頂板的反復(fù)支撐，提高空間安全性。

4 結(jié)論

1) 結(jié)合陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦807進風(fēng)順槽掘進工作面實際地質(zhì)情況，對工作面臨時支護參數(shù)進行了分析，并確定使用ZL2×1800/24/32型超前臨時支護支架組進行掘進端頭臨時支護。

2) 目前807進風(fēng)順槽已掘進超過1 000 m，施工期間端頭支護區(qū)域未發(fā)生頂板垮落事故，月掘進距離由以往的300 m提高至450 m，在保證工作面安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提高了掘進效率，具有良好的經(jīng)濟效益。