綜放工作面下順槽超前支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐

王曉龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037003）

1 工程概況

馬脊梁礦井田面積18.194 8 km2，核定生產(chǎn)能力380 萬(wàn)t/a， 現(xiàn) 主 采3#、7#、11-2#、14#煤 層。8113 工作面為小煤柱工作面，走向長(zhǎng)2188 m，傾斜長(zhǎng)239.4 m；煤層厚6.19 ～8.41 m，均厚6.79 m，含3～7 層夾矸，厚0.15～0.65 m，夾矸多為炭泥巖、高嶺巖；煤層傾角1°～3°，平均傾角2.5°，屬近水平煤層。8107 工作面北東依次為盤區(qū)皮帶巷、盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷、盤區(qū)回風(fēng)巷，南東為8105 工作面采空區(qū)，北西及南西為實(shí)煤區(qū)。頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

8113 工作面采用單一傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤法，MG650/1630-WD 型采煤機(jī)落煤裝煤，SGZ1000/2×1000 型前刮板運(yùn)輸機(jī)、SGZ1000/2×1000 型后刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，ZF13000/25/38M 型低位放頂煤支架支護(hù)頂煤、頂板。8113 工作面采高3.3 m，放煤厚度2.9 m，采放比約1:0.9。

2 原超前支護(hù)形式及問(wèn)題分析

2.1 原支護(hù)方案

8113 下順槽原支護(hù)為錨桿+錨索+鋼筋梯子梁+W 鋼帶的聯(lián)合支護(hù)方案。Φ20 mm×2400 mm左旋樹(shù)脂錨桿，注1 支CK2345 和2 支Z2345，間排距700 mm×2000 mm。錨索為Φ21.6 mm×7500 mm 鋼絞線，注1 支CK2345 和4 支Z2345，間排距1200 mm×2000 mm。鋼筋梯子梁采用16#圓鋼焊接， 梯子梁規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4000 mm×80 mm，梯子梁每800 mm 加兩道長(zhǎng)50 mm 加強(qiáng)橫梁，橫梁間距為80 mm。W 鋼帶采用16#鋼制作，寬度250 mm，厚度3 mm，長(zhǎng)度4 m，孔間距為750 mm。

原超前支護(hù)方案：8113 下順槽沿走向方向上支設(shè)金屬鉸接梁+DZ 系列單體液壓支柱，端頭切頂排至煤壁向外20 m 支設(shè)3 路單體支柱，柱距1000 mm；20～50 m 使用1 路單體支柱，柱距2000 mm。

2.2 超前支護(hù)存在問(wèn)題分析

（1）DZ 系列單體液壓支柱主要依靠單體液壓支柱的強(qiáng)度來(lái)對(duì)工作面巷道頂板及圍巖進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度不理想。單體支柱支護(hù)形式為點(diǎn)接觸，線支護(hù)面積較小，較難控制頂板。

（2）8113 工作面采用DW45-250/100X 型單體液壓支柱，有3.5 m、4.0 m、4.2 m 三種規(guī)格。隨著工作面的推采，工人頻繁地進(jìn)行支柱和回柱，同時(shí)還需要換不同型號(hào)單體支柱，導(dǎo)致工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，人員需要量多，影響生產(chǎn)效率。

（3）下順槽高度局部可達(dá)3.8 m 以上，單體液壓支柱支護(hù)施工時(shí)要采用板梁擺架培頂，工作人員登高作業(yè)，施工中存在安全隱患。

（4）單體液壓支柱支護(hù)時(shí)會(huì)造成大量的坑木消耗，進(jìn)度慢，工效低，成本高。

（5）超前支護(hù)段的通風(fēng)空間嚴(yán)重縮小，影響到工作面的通風(fēng)效果。

3 注漿錨索超前支護(hù)優(yōu)化技術(shù)方案

3.1 優(yōu)化支護(hù)方案

針對(duì)8113 工作面原超前支護(hù)存在問(wèn)題分析，基于8113 工作面3#煤層賦存情況，經(jīng)調(diào)研，決定采用注漿錨索超前支護(hù)形式[1-6]替代原支護(hù)方案，并對(duì)下順槽針對(duì)性地提出了三種超前支護(hù)方案，如圖1～圖3。

3.1.1 優(yōu)化支護(hù)方案Ⅰ

優(yōu)化支護(hù)方案Ⅰ主要是采用2 排單體支柱+注漿錨索，支護(hù)示意情況如圖1。距8113 工作面煤壁20 m 后，布設(shè)單體支柱+注漿錨索超前支護(hù)。實(shí)體煤幫側(cè)處布置1 排單體支柱，巷道中心線處左側(cè)布置1 排單體支柱，2 排呈交錯(cuò)布置，支柱排距1000 mm。相鄰2 排單體支柱間布設(shè)3 根錨索，中線位置布置1 根普通錨索，在距中線位置1200 mm 處兩邊對(duì)稱各布置1 根注漿錨索，單體支柱及錨索的間距均為500 mm。

圖1 超前支護(hù)優(yōu)化支護(hù)方案Ⅰ示意圖（mm）

3.1.2 優(yōu)化支護(hù)方案Ⅱ

優(yōu)化支護(hù)方案Ⅱ主要是采用1 排單體支柱+注漿錨索，支護(hù)示意情況如圖2。優(yōu)化支護(hù)方案Ⅰ施工結(jié)束后，布設(shè)1 排單體支柱在巷道中心線處左側(cè)，排距2000 mm。相鄰2 排單體支柱間布設(shè)3 根錨索，中線位置布置1 根普通錨索，在距中線位置1200 mm 處兩邊對(duì)稱各布置1 根注漿錨索，單體支柱及錨索的間距均為500 mm，布置長(zhǎng)度20 m。

圖2 超前支護(hù)優(yōu)化支護(hù)方案Ⅱ示意圖（mm）

3.1.3 優(yōu)化支護(hù)方案Ⅲ

優(yōu)化支護(hù)方案Ⅲ主要是采用2 根注漿錨索+1根普通錨索的方式，支護(hù)示意情況如圖3。等超前優(yōu)化支護(hù)方案Ⅱ施工結(jié)束后取消單體支柱支護(hù)，進(jìn)而實(shí)施優(yōu)化支護(hù)方案Ⅲ。錨索排距1000 mm，每排3 根，中線位置布置1 根普通錨索，在距中線位置1200 mm 處兩邊對(duì)稱各布置1 根注漿錨索，錨索的間距為500 mm。

圖3 超前支護(hù)優(yōu)化支護(hù)方案Ⅲ示意圖（mm）

3.2 監(jiān)測(cè)方案及測(cè)點(diǎn)布置

安設(shè)LHGX-K2 孔內(nèi)全景成像儀對(duì)8113 工作面下順槽頂板裂隙發(fā)育情況進(jìn)行探測(cè)，可有效地掌握8113 工作面下順槽各支護(hù)方案的頂板支護(hù)狀態(tài)以及支護(hù)效果。在8113 工作面下順槽布置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，在距工作面煤壁20 m、40 m、60 m、80 m 處分別布置1#、2#、3#、4#測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)間距均為20 m，在各測(cè)點(diǎn)施工Φ20 mm×8000 mm 鉆孔。

3.3 支護(hù)效果分析

8113 工作面下順槽頂板受超前支承壓力前后頂板孔深3 m、5 m 位置處裂隙發(fā)育如圖4、圖5。從圖中可知，當(dāng)下順槽頂板未受超前應(yīng)力影響時(shí)，頂板內(nèi)部無(wú)裂隙發(fā)育，完整性較好；當(dāng)推進(jìn)至1#測(cè)點(diǎn)時(shí)（原支護(hù)方案結(jié)束位置處），受超前應(yīng)力作用，頂板在3 m 和5 m 位置均出現(xiàn)長(zhǎng)度約30 mm 的較大破裂區(qū)；當(dāng)工作面推進(jìn)至2#測(cè)點(diǎn)時(shí)（方案I 結(jié)束位置處），受超前應(yīng)力作用，頂板在3 m 和5 m 位置均出現(xiàn)長(zhǎng)度約20 mm 的小破裂區(qū)；當(dāng)推進(jìn)至3#測(cè)點(diǎn)時(shí)（方案Ⅱ結(jié)束位置處），受超前應(yīng)力作用，頂板在3 m 和5 m 位置均出現(xiàn)長(zhǎng)度約12 mm 的較小破裂區(qū)；當(dāng)推進(jìn)至4#測(cè)點(diǎn)時(shí)（方案Ⅱ結(jié)束后方20 m位置處），頂板無(wú)裂隙發(fā)育，保持完整穩(wěn)定。確定優(yōu)化支護(hù)方案Ⅲ，即采用2 根注漿錨索+1 根普通錨索的方式為最優(yōu)超前支護(hù)方案。

圖4 受超前支承壓力影響前頂板破裂發(fā)育示意圖

圖5 受超前支承壓力影響后頂板破裂發(fā)育示意圖

探測(cè)結(jié)果表明，工作面下順槽采用注漿錨索進(jìn)行超前支護(hù)后，巷道頂板裂隙發(fā)育范圍減小，裂隙發(fā)育數(shù)量減少。錨索支護(hù)與注漿加固雙重作用，調(diào)整為主動(dòng)支護(hù)方式，可以實(shí)現(xiàn)加固圍巖、控制變形。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)馬脊梁礦8113 工作面下順槽超前支護(hù)效果不佳的問(wèn)題，針對(duì)性提出注漿錨索超前支護(hù)形式3 種優(yōu)化支護(hù)方案。經(jīng)對(duì)8113 工作面下順槽頂板進(jìn)行鉆孔并采用LHGX-K2 孔內(nèi)全景成像儀窺視裂隙發(fā)育情況后，確定方案Ⅲ（注漿錨索+普通錨索）為最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，頂板內(nèi)部無(wú)裂縫發(fā)育，保持整體完整穩(wěn)定。注漿錨索支護(hù)的應(yīng)用有效地實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)支護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)加固圍巖、控制變形的目的，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了工作人員的數(shù)量，提高了下順槽通風(fēng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，提高了工作面的回采速度，具有較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。