綜采工作面超前復(fù)合支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

曹奎奎

（河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦二礦，河南 許昌 461683）

1 23304智能化綜放工作面概況

23304智能化綜放工作面超前需沿底替換抬頂煤支護(hù)，智能化綜放工作面設(shè)備大型化、重型化；下超前轉(zhuǎn)載機(jī)及皮帶尾寬度2.2 m，支護(hù)寬度達(dá)2.6 m；且轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)處高度2.1 m，支護(hù)高度需達(dá)2.4 m以上；轉(zhuǎn)載機(jī)長(zhǎng)度45 m、皮帶機(jī)尾6 m，支護(hù)長(zhǎng)度超過50 m。

工作面下超前支護(hù)長(zhǎng)度較長(zhǎng)、工作面退進(jìn)度慢，超前支護(hù)壓力顯現(xiàn)，變形較快，出現(xiàn)π型梁壓轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)、π型梁回撤困難等情況；每班需安排人員對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)尾臥底。

經(jīng)過2021年6月至2021年8月對(duì)23304綜采工作面采動(dòng)數(shù)據(jù)觀察和分析，發(fā)現(xiàn)23304綜采工作面下超前受采動(dòng)影響變形較大，所以2021年9月開始對(duì)23304工作面增加主動(dòng)錨網(wǎng)索托梁支護(hù)，配合被動(dòng)支護(hù)單體柱配合傾向π型梁“一梁三柱”支護(hù)，超前支護(hù)單體支柱初撐力必須達(dá)到6 MPa（絞頂?shù)囟渭百N幫柱不低于4 MPa），每班在交接班時(shí)對(duì)單體支柱補(bǔ)液，班中根據(jù)檢查的情況循環(huán)補(bǔ)液；局部根據(jù)支護(hù)情況打設(shè)錨索托梁加固。

2 項(xiàng)目實(shí)施主要內(nèi)容及技術(shù)關(guān)鍵

1）工作面下超前支護(hù)長(zhǎng)度較長(zhǎng)、工作面退進(jìn)度慢，超前支護(hù)壓力顯現(xiàn)，變形較快，出現(xiàn)π型梁壓轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)、π型梁回撤困難等情況；每班需安排人員對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)尾臥底[1-3]。

2）托頂煤錨索梁：使用錨桿機(jī)風(fēng)排粉打設(shè)錨索鉆孔，鉆孔穿過煤層后，進(jìn)入頂板巖層1.5 m以上，將錨索錨固端固定在頂板硬巖不低于1.5 m配合錨索梁對(duì)頂煤進(jìn)行支護(hù)[4]。

3）增加主動(dòng)支護(hù)：使用錨網(wǎng)增加淺部圍巖強(qiáng)度，使用錨索托梁加固深部圍巖強(qiáng)度；由于運(yùn)輸順槽采用沿底抬頂煤掘進(jìn)，工作面超前支護(hù)采用“π型梁+單體柱”被動(dòng)支護(hù)，變形量較大；為增加支護(hù)強(qiáng)度采用主被動(dòng)支護(hù)結(jié)合的“π型梁+單體柱+錨索托梁”支護(hù)方式。

4）優(yōu)化超前支護(hù)：使用全斷面走向“π型梁+單體柱”支護(hù)替換成巷中兩排“傾向π型梁+單體柱”支護(hù)，利于π型梁回撤及復(fù)用，降低了支護(hù)成本、減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工安全系數(shù)[5-6]。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

1）托頂煤錨索梁：使用錨桿機(jī)風(fēng)排粉打設(shè)錨索鉆孔，鉆孔穿過煤層后，進(jìn)入頂板巖層1.5 m以上，將錨索錨固端固定在頂板硬巖不低于1.5 m配合錨索梁對(duì)頂煤進(jìn)行支護(hù)。

2）增加主動(dòng)支護(hù)：使用主動(dòng)錨網(wǎng)索托梁替換被動(dòng)U型拱支護(hù)，頂部采用Φ22 mm×2400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿配合M鋼帶，錨桿間排距800 mm×800 mm；幫部采用Φ20 mm×2500 mm的右旋螺紋鋼錨桿配合M鋼帶，錨桿間排距800 mm×800 mm；全斷面采用鋼筋網(wǎng)護(hù)頂、幫，鋼筋網(wǎng)采用規(guī)格1500 mm×1100 mm，網(wǎng)孔為75 mm×75 mm；鋼網(wǎng)與鋼網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不小于75 mm，使用雙股14號(hào)鐵絲兩孔雙排三花布置。幫部使用M鋼帶，幫部鋼筋網(wǎng)里側(cè)鋪設(shè)雙層塑編網(wǎng)。頂部采用Φ21.6 mm×10000 mm的錨索配合錨索托梁，錨索間排距1300 mm×800 mm，巷道上幫采用Φ21.6 mm×4000 mm的錨索配合錨索托梁加固、下幫采用Φ21.6 mm×6000 mm的錨索配合錨索托梁加固，錨索托梁位于幫部第一、二根錨桿中部（見下頁(yè)圖1、圖2）[7]。

圖1 23304運(yùn)輸順槽錨網(wǎng)索支護(hù)巷道斷面圖（單位：mm）

圖2 23304運(yùn)輸順槽錨網(wǎng)索支護(hù)巷道俯視圖（單位：mm）

3）優(yōu)化超前支護(hù)：使用全斷面走向“π型梁+單體柱”支護(hù)替換成巷中兩排“傾向π型梁+單體柱”支護(hù)，利于π型梁回撤及復(fù)用，降低了支護(hù)成本、減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了施工安全系數(shù)[8-9]。

4 效益分析

該項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐表明，變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，即保證了淺部圍巖強(qiáng)度（錨網(wǎng)支護(hù)），也利用了深部圍巖強(qiáng)度（托頂煤錨索梁），保證了工作面安全高效生產(chǎn)；原工作面工作面被動(dòng)超前支護(hù)，約有40%π型梁無法回撤或修復(fù)，23304工作面下超前節(jié)約了π型梁20余萬元減少了人工費(fèi)等成本支出10余萬元/月。

5 推廣應(yīng)用前景

該項(xiàng)目的應(yīng)用優(yōu)化了支護(hù)，改善了圍巖受力狀態(tài)，變“被動(dòng)”為“主動(dòng)”，保證了工作面安全高效生產(chǎn)；減小了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少輔助運(yùn)輸量；簡(jiǎn)化工作面超前支護(hù)；減少了巷道維修量；降低了支護(hù)成本；減少設(shè)備損壞、提高了安全生產(chǎn)系數(shù)，為以后抬頂煤綜放工作面超前支護(hù)提供參考依據(jù)，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。