大采高充填工作面巷道超前支護優(yōu)化

林偉立

（兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦 ，山東 鄒城 273500）

0 引 言

我國煤礦“三下”壓煤的情況比較普遍，然而“三下”開采會造成地表沉陷、地面建構筑物損毀以及生態(tài)環(huán)境破壞等，嚴重影響礦區(qū)人民的生產(chǎn)生活。充填開采作為“綠色開采”體系的重要組成部分，能良好的控制采空區(qū)上覆巖層的下沉，減輕地面建構筑物的受損程度，是實現(xiàn)“三下”壓煤開采的有效技術[1～5]。1331充填開采工作面煤層采出厚度為4.0 m，現(xiàn)按照不充填的大采高工作面進行超前支護設計，不僅造成了很大的浪費，還面臨著工人勞動強度大的問題。為了降低工人勞動強度，提高充填開采工作效率，本文通過對1331工作面前方的采動支承壓力進行現(xiàn)場實測和數(shù)據(jù)研究，得到了支承壓力的分布特征，在此基礎上確定了合理有效的巷道超前支護優(yōu)化方案。

1 工程概況

為減小地表沉陷，1331工作面采空區(qū)進行膏體充填處理，工作面開切眼北臨1307工作面采空區(qū)，中間留有77m隔離煤柱；西為北二工作面采空區(qū)，中間留有51m隔離煤柱；東臨1335膏體充填開采工作面采空區(qū)，間隔133m隔離煤柱。工作面停采線為1331工作面1#聯(lián)絡巷，南距130北翼管子道150m，工作面東部及東南部都是實體煤區(qū)。1331工作面埋深280～300m左右，工作面煤層的平均厚度為4.30m，膏體充填處理采空區(qū)。工作面超前支護采用單體液壓支柱，配合鉸接頂梁，減少超前支承壓力對巷道圍巖的破壞。

2 工作面前方支承壓力實測研究

為了得到大采高充填工作面前方支承壓力的分布特征，在充填工作面前方100m位置處的巷道兩幫布置了圍巖應力傳感器。共3個圍巖應力傳感器，埋深分別為 5m、7m和 9m，傳感器編號為 11#、12#、13#。圍巖鉆孔應力傳感器采用Φ42mm水平鉆孔探入安裝，如圖1所示。

圖1 圍巖應力傳感器安裝示意圖

由于安裝11#傳感器的鉆孔在超前支撐壓力的作用下發(fā)生變形、松動，導致傳感器與煤體不完全接觸，壓力值逐漸下降為0，因此，主要對12#和13#傳感器進行分析，如圖2、圖3所示。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，12#傳感器初始壓力值為5.8 MPa，隨著工作面的不斷推進，壓力值出現(xiàn)了小幅下降的趨勢。自11月6日九時十五分，傳感器受力顯著增加，到十六時五十二分達到最大值25MPa，然后快速的降低。13#傳感器初始壓力值為5.8 MPa，自10月28日開始，隨著工作面的不斷向前推進傳感器受力緩慢增加；自11月3日開始，傳感器受力增加速度變快，在11月6日上午九時，傳感器受力快速增加，晚上十時達到最大值17.1MPa以后快速降低。

經(jīng)分析可知，壓力值出現(xiàn)小幅下降主要是因為超前支承壓力局部應力分布不均導致，或是此處煤體存在一定的弱結構面，導致圍巖應力向周圍區(qū)域轉(zhuǎn)移。充填開采工作面前方受支承壓力擾動的距離為30m，擾動劇烈的距離為10m。當圍巖應力傳感器距工作面的距離為3.6m時，在超前支承壓力的影響下煤體受力迅速增加，傳感器讀數(shù)也快速達到最大值。當煤體受力超出屈服極限后發(fā)生塑性破壞，承載能力急速下降，采動支承壓力繼續(xù)向前方轉(zhuǎn)移，工作面前方3.6m范圍內(nèi)為煤體破壞區(qū)。可見，充填工作面由于采空區(qū)充填后能夠?qū)ι细矌r層起到良好的支撐作用，工作面四周煤柱受力相對較小，工作面前方巷道受超前支承壓力的擾動程度較小。

圖2 12#圍巖應力分析

圖3 13#圍巖應力分析

3 巷道超前支護優(yōu)化

3.1 超前支護距離

1331工作面軌道順槽、皮帶順槽各支設兩路超前支護，采用單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護，原設計支護長度不少于20m。通過對礦壓觀測數(shù)據(jù)進行分析可知，充填開采工作面前方受支承壓力擾動的距離為30m，擾動劇烈的距離為10m，但在工作面前方10m之外煤體應力增長不明顯，因此超前支護距離的距離可以縮短。

3.2 單體液壓支柱支設

1）單體液壓支柱縱向和橫向都應布置在一條線上，誤差不大于±100mm。

2）支柱不可架設在浮煤矸上，堅硬底板要刨柱窩、見麻面；底板松軟時，支柱必須穿鞋。

3）采用圓柱銷將鉸接頂梁相互固定，而且要求平直，鉸接率不得低于90%，避免鉸接頂梁連續(xù)不鉸接情況。工作面上、下端頭橫跨機頭、機尾處鉸接頂梁空載，此處鉸接頂梁必須插齊水平銷子，用錘砸緊，并掛好防飛鏈。

4）保證支護設備質(zhì)量，支護設備使用前提前檢修，禁止使用有問題的支柱以及頂梁，所有鉸接頂梁必須鉸接使用。

5）所有單體液壓支柱三用閥平行工作面順槽使用，注液口應方向一致朝向充填區(qū)。

6）兩順槽在工作面前方25m內(nèi)高度不可低于1.8m，人行道的寬度不可低于0.8m。

7）必須采用一根直徑不低于5.08mm的鋼絲繩將支柱逐排連接為一體，提高單體液壓支柱穩(wěn)定性，避免單體液壓支柱傾倒砸傷工人，鋼絲繩末端須固定于頂板鋼帶或金屬網(wǎng)上。

8）單體液壓支柱初撐力60kN以上，保證支撐有效，單體液壓支柱可縮量200mm以上，防止單體液壓支柱被壓死。

4 結 語

通過巷道圍巖應力觀測，研究得到了工作面超前支承壓力影響范圍及程度，了解了巷道受超前支承壓力采動影響情況，在此基礎上對充填工作面巷道超前支護進行了優(yōu)化?，F(xiàn)場應用效果表明優(yōu)化后的方案能夠滿足巷道支護要求，將巷道變形量控制在合理范圍內(nèi)。研究成果減輕了工人的勞動強度，提高了支護效率，降低了支護成本，有利于降低工作面綜合成本和礦井保安全促生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。