山西某礦3202 綜放工作面沿空留巷支護(hù)研究

柴光光

（山西蘭花集團(tuán)東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

1 3202 工作面概況

3202 工作面位于已回采的3201 采空區(qū)東部，由進(jìn)風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽、開(kāi)切眼和回風(fēng)順槽（含Ⅰ段、Ⅱ段）共同形成回采系統(tǒng)。3 號(hào)煤層無(wú)沖擊地壓傾向。應(yīng)力集中區(qū)為采空區(qū)懸頂?shù)囟?，該面不?huì)形成大面積懸頂沖擊，地壓表現(xiàn)不明顯。工作面布置3 條巷道，即運(yùn)輸順槽、進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽，3202 回采工作面運(yùn)輸順槽采用沿空留巷技術(shù)，工作面開(kāi)采后該順槽保留下來(lái)作為3203 工作面的進(jìn)風(fēng)順槽。3202 回采工作面進(jìn)風(fēng)順槽利用原3201 工作面軌道順槽（沿空留巷），工作面順槽均沿3 號(hào)煤層底板布置[1-4]。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 液壓支架選型

根據(jù)3202 綜采放頂煤工作面開(kāi)采設(shè)計(jì)，選取液壓支架如下：采用ZF8000/18/35D 型低位放頂煤液壓支架配合ZFG8000/22/38D 型過(guò)渡支架支護(hù)工作面頂板。工作面采長(zhǎng)200 m，機(jī)頭布置4 架ZFG8000/22/38D 型過(guò)渡支架，中間布置127 架ZF8000/18/35D 型放頂煤支架，機(jī)尾布置3 架ZFG8000/22/38D 型過(guò)渡支架。沿空留巷澆筑混凝土墻處布置2 架沿空留巷專(zhuān)用采空區(qū)維護(hù)支架。其支架技術(shù)參數(shù)技術(shù)特征見(jiàn)表1。

表1 支架技術(shù)參數(shù)

2.2 驗(yàn)算支護(hù)強(qiáng)度

根據(jù)礦壓理論，工作面支架承受的最大壓力為6～8 倍采高的頂板巖石的重量，現(xiàn)取8 倍采高的頂板巖石重量計(jì)算：

式中：W 為支架工作阻力，kN；h 為采高，取3.3 m；B為工作面每架支架的支護(hù)面積，設(shè)計(jì)按支架支護(hù)寬1.5 m 和最大控頂距取5.7 m 計(jì)算，5.7×1.5=8.55 m2；r為巖石容重，取2.5 t/m3；φ 為煤層傾角，取7°；g 為重力加速度，取9.8 m/s2。

將相關(guān)參數(shù)代入式（1）得：W=5489 kN。

根據(jù)回歸經(jīng)驗(yàn)計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度：

式中：qn為支護(hù)強(qiáng)度，MPa；K 為備用系數(shù)，取1.3；M為煤層最大高度，3 號(hào)煤層厚度為4.63～6.62 m，取6.62 m；γ 為頂板巖石容重，取25 kN/m3；LK為端面距，取0.3 m；LD為頂梁長(zhǎng)度，取4.6 m；LJ為采煤機(jī)截深，取0.8 m；B 為支架寬度，取1.5 m。

將相關(guān)參數(shù)代入式（2）、式（3）得：P=4035.6 kN。

經(jīng)計(jì)算，ZF8000/18/35D 型低位放頂煤液壓支架和ZFG8000/22/38D 型過(guò)渡支架可以滿(mǎn)足回采工作面頂板支護(hù)要求。

3 工作面頂板控制、兩順槽及端頭控制

3.1 工作面頂板控制

工作面切眼布置ZF8000/18/35D 型低位放頂煤液壓支架127架，ZFG8000/22/38D型過(guò)渡支架機(jī)頭4 架、機(jī)尾3 架，ZRL11620/22/38D 擋矸支架1 組。對(duì)頂板實(shí)行全部垮落法控制，最大控頂距5700 mm、最小控頂距4900 mm，正常情況下，隨采煤機(jī)向前割煤，距機(jī)組前滾筒跟機(jī)移架支護(hù)已暴露的頂板或頂煤。當(dāng)工作面局部頂煤不穩(wěn)定，產(chǎn)生片幫、冒頂時(shí)，應(yīng)立即停止割煤，及時(shí)將支架護(hù)幫板翻轉(zhuǎn)，臨時(shí)支護(hù)好頂板，控制冒頂范圍的繼續(xù)擴(kuò)大，工作面機(jī)道梁端至煤壁頂板垮落高度不得大于300 mm，如超過(guò)300 mm 時(shí)，采取穿插鋼管的辦法控制頂板。

3.2 兩順槽及端頭控制

為確保工作面上、下兩出口暢通，在3202 進(jìn)風(fēng)順槽距工作面煤壁不少于50 m 范圍內(nèi)進(jìn)行超前支護(hù)；3202 運(yùn)輸順槽內(nèi)距工作面煤壁不少于30 m 范圍內(nèi)進(jìn)行超前支護(hù)；在回采初期3202 運(yùn)輸順槽留巷段滯后工作面400 m 范圍進(jìn)行持續(xù)支護(hù)，待一、二次壓力顯現(xiàn)穩(wěn)定過(guò)后，滯后工作面不少于300 m。

3.2.1 機(jī)尾端頭支護(hù)

機(jī)尾端頭支護(hù)采用超前支護(hù)延伸至機(jī)尾進(jìn)行支護(hù)，前、后煤溜機(jī)尾上方頂板采用雙根4.4 mπ 型鋼梁配合使用單體液壓支柱邁步進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)方式為“一梁三柱”，如圖1 所示。

圖1 端頭支護(hù)斷面（單位：mm）

機(jī)尾端密集擋矸支護(hù)：在進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)工作面后部刮板輸送機(jī)機(jī)尾，7 號(hào)過(guò)渡支架側(cè)幫板與巷道煤壁（混凝土墻）之間，為防止采空區(qū)內(nèi)冒落矸石或碎煤竄出傷人，必須采用一排DW-31.5 型（DW-25 型）單體液壓支柱配合木托板垂直頂板支設(shè)一排密集擋矸支柱，相鄰柱距最大不得大于200 mm，防止矸石竄入。為確保密集柱既能起到擋矸作用，又能防止采空區(qū)頂板垮落后撲倒密集柱竄入后部溜機(jī)尾傷人，要求對(duì)每一根密集柱采取防倒柱措施，懸掛防倒柱鏈。若防倒柱小鏈懸掛方便，應(yīng)盡量鉤掛在附近的鋼筋梯或支架側(cè)幫板上。若無(wú)條件時(shí)，應(yīng)將防倒柱小鏈穿入頂網(wǎng)至少2～3 孔進(jìn)行懸掛防倒，并進(jìn)行密集柱之間相互鉤掛，確保密集柱支護(hù)牢固可靠；如遇機(jī)尾采空區(qū)懸頂超過(guò)10 m 時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施；機(jī)尾3 架過(guò)渡支架頂部，采用每割一刀煤鋪設(shè)一道5.5 m×1.1 m 金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)長(zhǎng)邊、短邊搭接100 mm，用于控制后端頭頂部。

3.2.2 實(shí)體煤段超前支護(hù)

在3202 進(jìn)風(fēng)順槽超前工作面煤壁不少于50 m范圍內(nèi)在巷道采用支設(shè)五排DW42-250/110X（DW-31.5、DW-25）型單體液壓支柱配合1.0 m 鉸接梁進(jìn)行支護(hù)，鉸接梁上方使用小方木或耙頭等木質(zhì)材料墊實(shí)，第一排單體液壓柱距巷道東幫300 mm，第二排單體液壓柱距第一排液壓柱850 mm，第三排單體液壓柱距第二排單體液壓柱1300 mm，第四排單體液壓柱距第三排單體液壓柱1000 mm，第五排距第四排900 mm，距巷道西幫850 mm，柱距1000 mm。

3.2.3 留巷段超前支護(hù)

3202 進(jìn)風(fēng)順槽留巷段超前支護(hù)使用四排DW42-250/110X（DW-31.5）型單體液壓支柱配合1.0 m鉸接梁進(jìn)行支護(hù)，鉸接梁上方使用小方木或耙頭等木質(zhì)材料墊實(shí)，第一排單體液壓柱距巷道東幫300 mm，第二排單體液壓柱距第一排液壓柱650 mm，第三排單體液壓柱距第二排單體液壓柱1300 mm，第四排單體液壓柱距第三排單體液壓柱1000 mm，距巷道混凝土墻550 mm，柱距1000 mm。

4 運(yùn)輸順槽補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

根據(jù)沿空留巷段巷道壓力顯現(xiàn)情況，適當(dāng)將3202 運(yùn)輸順槽的頂板錨索由基本支護(hù)3-2-3 補(bǔ)強(qiáng)為4-2-4 布置形式，即見(jiàn)3 補(bǔ)1 形成4，施工范圍在超前支護(hù)外端至轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭，進(jìn)行施工。施工方法為在巷道頂板靠西幫側(cè)長(zhǎng)鋼帶附近（見(jiàn)圖2），距巷道西幫1650 mm 左右位置打錨索，具體施工位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活調(diào)整，但不能小于1400 mm。施工采用MQT-130/3.0 型氣動(dòng)式頂錨鉆機(jī)，配合配套的鉆桿、鉆頭進(jìn)行施工。錨索布置方式為在運(yùn)輸順槽頂板距西幫1650 mm的位置，垂直頂板補(bǔ)打一根Φ22 mm×8400 mm 的錨索，同時(shí)補(bǔ)打錨索位置應(yīng)與短鋼帶靠西幫支護(hù)錨索成一直線(xiàn)。當(dāng)錨索支護(hù)位置被鋼帶占用時(shí)，應(yīng)讓開(kāi)鋼帶，就近支護(hù)，不得破壞鋼帶。錨固參數(shù)為每根錨索使用1 支K2335 型和3 支Z2360 型錨固劑進(jìn)行錨固（共4 支錨固劑），保證預(yù)緊力矩不小于200 kN。補(bǔ)打錨索完成后等待至少15 min，再安裝錨索托盤(pán)，并按要求加裝好錨索防射裝置。如遇錨索支護(hù)不合格時(shí)，需在300 mm 范圍內(nèi)合適位置進(jìn)行補(bǔ)打錨索，確保支護(hù)效果良好。

圖2 西幫側(cè)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)俯視圖（單位：mm）

3202 工作面煤壁線(xiàn)以外順槽東幫使用Ф17.8mm×5400 mm 型錨索和配套的托盤(pán)、錨具進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)應(yīng)隨著工作面回采持續(xù)進(jìn)行，直至3202 工作面回采結(jié)束，采用MQTB-85/2.0 型氣動(dòng)支腿式幫錨鉆機(jī)，配合B19 型中空六棱鉆桿和配套的Φ25 mm 鉆頭進(jìn)行施工。錨索布置方式為每2 排幫錨中間補(bǔ)打1 根錨索，錨索間隔交錯(cuò)布置，垂直煤壁進(jìn)行支護(hù)，錨索排距為950 mm。錨索支護(hù)采用1 支K2335 型和2 支Z2360 錨固劑進(jìn)行錨固，保證預(yù)緊力矩不小于120N·m，錨固力不小于120 kN。確定眼位后將煤幫進(jìn)行破網(wǎng)，破網(wǎng)長(zhǎng)度不得大于200 mm，錨索支護(hù)好后安裝托盤(pán)前，及時(shí)補(bǔ)聯(lián)好金屬網(wǎng)，補(bǔ)聯(lián)網(wǎng)時(shí)扎結(jié)距不得大于100 mm，扎結(jié)要牢固可靠。遇煤幫片幫，錨索托盤(pán)無(wú)法直接緊貼煤幫時(shí)，要使用小方板或耙頭墊實(shí)，保證錨索護(hù)幫有效。

3202 工作面回采期間，滯后壓力顯現(xiàn)時(shí)若發(fā)現(xiàn)墻體向采空區(qū)繼續(xù)傾斜，必須采取墻體底部三角區(qū)打撞三角木楔和墻體與煤幫間打設(shè)木料橫撐、橫撐上再打壓柱措施，可預(yù)防滯后壓力造成的墻體傾斜、底鼓問(wèn)題出現(xiàn)。

留巷復(fù)用時(shí)若底鼓繼續(xù)加劇影響巷道使用時(shí)，可在超前工作面80 m 外在底板上開(kāi)槽，埋設(shè)大板梁，大板梁采用直徑不小于200 mm 的落葉松圓木將兩對(duì)稱(chēng)面削平而成，板梁厚度不宜小于150 mm，大板梁長(zhǎng)度根據(jù)進(jìn)風(fēng)順槽實(shí)際寬度現(xiàn)場(chǎng)制作。大板梁一端緊靠實(shí)體煤幫，另一端緊貼柔模墻。大板梁兩端通過(guò)木板和木楔與墻（幫）楔緊，保證大板梁橫撐有力，限制墻體底部向巷內(nèi)位移。大板梁上預(yù)留用于固定大柱鞋的限位裝置。當(dāng)空間有限，施工整條大板梁困難時(shí)，可將工字鋼底梁與小段大板梁對(duì)接施工，兩端同樣與墻（幫）楔緊。

5 結(jié)語(yǔ)

山西某礦3202 綜放工作面沿空留巷，設(shè)計(jì)了沿空留巷頂板控制、兩順槽及端頭控制方案和錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，通過(guò)工程實(shí)踐。工作面進(jìn)風(fēng)順槽不少于50 m超前支護(hù)完好，運(yùn)輸順槽不少于30 m 超前支護(hù)完好；運(yùn)輸順槽在回采初期滯后工作面臨時(shí)支護(hù)不少于400 m，能夠滿(mǎn)足工作面的生產(chǎn)要求。