掘進工作面巷道臨時支護方案分析

秦澤

(山西蘭花集團 莒山煤礦有限公司， 山西 晉城 048027)

0 引言

巷道掘進是煤礦生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。掘進工作面由于作業(yè)空間有限，端頭區(qū)域處于空頂狀態(tài)，當(dāng)巷道圍巖應(yīng)力狀況復(fù)雜時極易發(fā)生冒頂事故[1-3]。本文以山西蘭花集團莒山煤礦有限公司二采區(qū)運輸巷為工程背景，研究了巷道臨時支護方案并確定了臨時支護支架組型號，為掘進工作面的安全開采奠定了基礎(chǔ)。

1 運輸巷工程概況

山西蘭花集團莒山煤礦有限公司二采區(qū)運輸巷設(shè)計為矩形斷面，見圖1。其掘進寬度為5.2 m，高為3.21 m，巷道凈寬為5.0 m，凈高為3.0 m。采用高性能預(yù)應(yīng)力錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋托梁和噴射混凝土進行錨網(wǎng)噴支護。錨桿采用高性能螺紋鋼錨桿，規(guī)格為φ20 mm×2 000 mm，桿體采用直徑為22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號BHRB400，桿尾螺紋為M22，頂錨桿和幫錨桿間排距均為800 mm×800 mm，錨桿孔直徑為28 mm；采用1卷K2335、1卷Z2360型樹脂藥卷加長錨固，錨固長度不少于1.0 m，頂錨桿最低錨固力120 kN，幫錨桿最低錨固力80 kN，預(yù)緊扭矩不小于200 N·m；托盤采用拱型高強度托盤，規(guī)格為120 mm×120 mm×8 mm。

在完成錨網(wǎng)噴初次支護之后，及時進行錨索加強支護。錨索直徑為15.24 mm，錨索長度為8 300 mm，錨索采用3-0-3-0方式布置，間排距為1 600 mm×1 600 mm；孔徑為32 mm，采用1卷CK2335、2卷Z2360型樹脂藥卷加長錨固；其極限承載力為260 kN，伸長率為3.5%；最低錨固力200 kN，預(yù)緊力不小于100 kN；采用高強度可調(diào)心托盤，規(guī)格為300 mm×300 mm×20 mm，并采用專用錨具與設(shè)備進行張拉、固定和切割。

圖1 巷道支護斷面

2 支護強度分析計算

二采區(qū)運輸大巷頂板為砂質(zhì)泥巖，掘進過程中巷道圍巖會受到一定影響。工作面開采期間巷道受采動影響較大，圍巖受到進一步影響，巖層裂隙進一步發(fā)育，強度降低，可將其視為散體介質(zhì)。按照彈性理論[4-6]進行如下計算。

1) 巷道頂板巖體破碎帶高度h0可按下式計算：

h0=RP-h

(1)

式中：h為非圓巷道等效圓中心至頂板的高度，換算值取1.90 m;Rp為巖石破碎帶半徑，可由下式計算：

(2)

式中:R0為非圓形巷道的等效面掘進半徑，取2.56 m；r為巖體巖重，取25 kN/m3；z為巷道中心距地表深度，取最大值185 m；φ為煤體內(nèi)摩擦角，取28 °;C為煤體黏結(jié)強度，取960 kN/m2。

通過計算可得h0=1.83 m。

2) 巷道最大圍巖壓力q可按下式計算：

q=K1·K2·h0·γ

(3)

式中:K1為上工作面采動殘余影響系數(shù)，取1.8；K2為本工作面采動影響系數(shù)，取2.0。

3) 支架工作阻力F按式(4)計算：

(4)

式中：L為支架控頂距，取10 m；B為巷道寬度，取5.2 m；η為支撐效率，取0.9。

將各參數(shù)代入計算,得到巷道最大圍巖壓力q=45.12 kPa。

3 支護方案分析

3.1 確定參數(shù)

在巷道掘進過程中，巷道端頭區(qū)域掘進機下方區(qū)域?qū)儆诠ぷ髅孀鳂I(yè)區(qū)域，無法對巷道進行永久錨桿支護，故需要對巷道進行臨時型支護。根據(jù)實際情況并結(jié)合掘進設(shè)備空間長度，確定使用ZL2×1600/24/32型超前臨時支護支架組，支架控制方式為手動/遙控。主要技術(shù)參數(shù)如下：

支護高度/mm

2 400～3 200

支護寬度/mm

5 000

工作阻力/kN

3 200(P=35 MPa)

初撐力/kN

2 280(P=25 MPa)

立柱內(nèi)徑/mm

￠145

支護強度/MPa

>0.05

對底板平均比壓/MPa

≤1.2

3.2 臨時支架組組成

臨時支架組由兩架框架式支架組成,單架支架由橫梁、縱梁、前挑梁及立柱組成。兩架支架互為支撐,相互向前推進。其中一架向前移動時,另一架支架撐頂支護。在移架過程中,始終有一架支架臨時支護頂板，保持臨時支護區(qū)域頂板處于支撐狀態(tài)。圖2為ZL2×1600/24/32型支架組及布置方式。

圖2 ZL2×1600/24/32型支架組及布置方式

4 支護效果

二采區(qū)運輸巷在掘進過程中使用ZL2×1600/24/32型臨時支架組進行掘進工作面巷道臨時支護。掘進期間支護區(qū)域巷道頂板基本保持了穩(wěn)定、完整狀態(tài)，為錨桿支護提供了穩(wěn)定的作用載體，且未有冒頂現(xiàn)象發(fā)生，表明巷道臨時支護效果良好，保證了掘進工作面的安全高效開采。

5 結(jié)論

結(jié)合山西蘭花集團莒山煤礦有限公司二采區(qū)運輸巷掘進工作面開采地質(zhì)條件，分析了巷道掘進臨時支護強度，結(jié)合掘進工作面設(shè)備實際布置情況，確定使用ZL2×1600/24/32型臨時支架組進行臨時支護。實踐表明巷道掘進工作面臨時支護效果良好，保證了工作面的安全施工。