莒山礦回風(fēng)順槽超前支護(hù)技術(shù)研究

常王軍，王 園

（山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048027）

引言

回風(fēng)順槽是煤礦井下綜采工作面安全通風(fēng)和輔助運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，對工作面安全開采具有十分重要的作用[1-3]。工作面在回采過程中，在前方一定范圍內(nèi)會(huì)形成一種超前采動(dòng)應(yīng)力，位于超前采動(dòng)影響范圍內(nèi)的回風(fēng)順槽會(huì)受集中應(yīng)力的影響，圍巖破壞變形嚴(yán)重，因此需要進(jìn)行超前支護(hù)[4]?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，回采巷道超前支護(hù)范圍不小于20 m。為實(shí)現(xiàn)回風(fēng)順槽的超前安全支護(hù)，本文以莒山礦9103 工作面回風(fēng)順槽為研究背景，通過理論分析分別對巷道頂板巖層應(yīng)力、巷道錨桿及錨索支護(hù)應(yīng)力進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上分析出了超前支護(hù)所需的合理支護(hù)強(qiáng)度，確定了合理的超前支護(hù)技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)了工作面回風(fēng)順槽30 m 范圍的安全、高效超前支護(hù)，最終成功用于工程實(shí)踐。

1 巷道開采技術(shù)條件

9103 工作面所采的煤層位于石炭系上統(tǒng)太原組，煤層厚度為0.6～1.6 m，平均厚度為1.3 m，煤層頂板為泥巖及砂質(zhì)泥巖，底板以泥巖為主，煤層巖性特征如表1 所示。

表1 巷道頂?shù)装逄卣?/p>

9103 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)為矩形斷面巷道，寬度為3.2 m、高度為3.1 m，沿9 號煤層頂板掘進(jìn)，巷道采用錨桿、錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。頂板每排布置4 根Φ20 mm×2 100 mm 型螺紋鋼錨桿，間距為800 mm，排距為800 mm，垂直頂板布置；頂板錨索為Φ17.8 mm×8 300 mm 的鋼絞線，采用“1-2-1”布置方式，每排布置2 根錨索時(shí)，錨索距巷幫距離均為800 mm，間距為1 600 mm；每排布置1 根錨索時(shí)，布置于巷道頂板中部，錨索排距為1 600 mm。巷道兩幫每排布置4 根Φ20 mm×2 100 mm 型螺紋鋼錨桿，間距為800 mm，排距為800 mm，垂直于幫部打設(shè)。

2 超前支護(hù)參數(shù)

2.1 超前支護(hù)強(qiáng)度

巷道頂板上覆巖層重量按式（1）計(jì)算：

式中：Pt為合理的支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；h 為巷道高度，取3.1 m；γ 為上覆巖層容重，取25 kN/m3；k 為巷道上覆巖層垮落帶與巷高之比，一般為4～8，這里取8。

將對應(yīng)數(shù)值代入式（1），有Pt=3.1×25×8=620 kPa，巷道采用錨桿及錨索支護(hù)，錨桿支護(hù)力按式（2）計(jì)算：

式中：Qb為巷道錨桿支護(hù)力，kN；S為支護(hù)面積，m2。

在支護(hù)排距為800 mm 范圍內(nèi)，每排布置4 根錨桿，錨桿設(shè)計(jì)錨固力為180 kN；代入公式（2），則單位支護(hù)面積內(nèi)錨桿支護(hù)力

巷道錨索支護(hù)強(qiáng)度為：

式中：Qc為巷道錨桿支護(hù)力，kN；S為支護(hù)面積，m2。

巷道頂板錨索采用“1-2-1”的布置方式，排距為1 600 mm，可將錨索簡化為每排布置1.5 根，錨索設(shè)計(jì)錨固力為500 kN；將各參數(shù)代入公式（3），則單位支護(hù)面積內(nèi)錨索支護(hù)力

回采巷道超前支護(hù)強(qiáng)度按式（4）計(jì)算：

將上述計(jì)算結(jié)果代入式（4）得出：P=Pt-Pb-Pc=620-281.25-146.48=192.27 kPa，即超前支護(hù)強(qiáng)度不低于192.27 kPa。

2.2 超前支護(hù)長度

巷道超前支護(hù)長度與工作面超前采動(dòng)影響區(qū)域的范圍有關(guān)，根據(jù)相鄰工作面開采過程中回采巷道的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，工作面超前應(yīng)力峰值位于工作面前方8～10 m 位置，工作面超前高應(yīng)力區(qū)域?yàn)楣ぷ髅娉?8 m 范圍。考慮9103 工作面與相鄰工作面具有相同的開采地質(zhì)條件，確定9103 回風(fēng)順槽超前采動(dòng)影響區(qū)為工作面前方28 m，確定超前支護(hù)長度不低于28 m。

3 超前支架確定

基于上述分析，9103 回風(fēng)順槽超前支護(hù)強(qiáng)度不低于192.27 kPa，超前支護(hù)長度不低于28 m，確定使用ZQL2×3200/18/35 型巷道超前支護(hù)支架組，2 架1 組，共3 組，超前支護(hù)長度為30 m。支架組主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 支架組主要技術(shù)參數(shù)

該支架組設(shè)計(jì)為窄型頂梁，實(shí)際支護(hù)過程中，頂梁與錨桿之間的巷道頂板接觸，不與巷道頂板錨桿及錨索接觸，有效避開了錨桿及錨索，最大程度地避免了支護(hù)過程中的加載對頂板錨桿及錨索的破壞，保證了支架與頂板的良好作用效果，超前支架組對圍巖具有良好的適應(yīng)性。

4 應(yīng)用效果

將ZQL2×3200/18/35 型巷道超前支護(hù)支架組應(yīng)用于9103 回風(fēng)順槽，超前支護(hù)長度為30 m，在實(shí)際使用過程中巷道頂板最大下沉量為256 mm，煤柱幫最大變形量為198 mm，實(shí)體煤幫最大變形量為156 mm，底板最大變形量為126 mm，巷道實(shí)際變形量較??；實(shí)際支護(hù)過程中巷道頂板錨桿及錨索支護(hù)系統(tǒng)未受到破壞，表明超前支架組實(shí)際使用效果良好，可以滿足工作面回風(fēng)順槽超前支護(hù)要求。

5 結(jié)語

使用超前支護(hù)支架組后，回風(fēng)順槽圍巖得到了較好地維護(hù)，巷道頂板錨桿及錨索支護(hù)系統(tǒng)基本未受到破壞，巷道超前支護(hù)支架組的應(yīng)用促進(jìn)了綜采工作面安全高效開采，同時(shí)也取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。