掘進工作面幫頂控制

鞏賀+趙偉

摘 要：隨著國家對安全工作的重視程度不斷增加，維護掘進工作的安全，減少和有效避免施工事故的發生成為人們關注的重點。有效的掘進工作面幫頂控制，可以切實提升采、掘、修工作面的幫頂管理效率，尤其在特殊地質條件下，掘進工作面幫頂更加難以控制，斷層區域、高瓦斯區等都是造成掘進工作面幫頂事故發生的主要原因，本文通過分析煤（巖）層賦存特征，對巷道支護參數進行設計，并實時監控幫頂變化情況，并對監控數據進行分析，最終實現礦井的安全掘進。

關鍵詞：掘進工作面；煤層；頂板

中圖分類號：TD63文獻標識碼：A

一、煤（巖）層賦存特征

該掘進工作面處于高瓦斯區有突出危險，沿二2煤層煤層頂板掘進，井下標高為-686～-750m，巷道總體上煤層賦存穩定，結構簡單，煤類以貧煤為主，全區可采，煤層總體上走向近東西、傾向北。煤層產狀從資料分析有較大變化，可能發育未知斷層發育。煤層傾角為-2°，煤層厚度2.0～2.6m，平均厚度2.3m。詳情見表1。

二、支護參數設計

（一）按懸吊理論設計錨桿支護參數

在層狀巖層中開挖的巷道，頂板巖層的滑移與分離可能導致頂板的破碎直到冒落；在節理裂隙發育的巷道中，松脫巖塊的冒落可能造成對生產的威脅；在軟弱巖層中開挖的巷道，圍巖破碎帶內不穩定巖塊在自重作用下也可能發生冒落。如果錨桿加固系統能夠提供足夠的支護阻力將松脫頂板或危巖懸吊在穩定巖層中，就能保證巷道圍巖的穩定。巷道設計為凈寬4600mm、凈高3400mm。

1.頂錨桿支護參數設計

（1）錨桿長度計算：

L=K·H+L1+L2

式中：

L--錨桿長度（m）；

H--不穩定巖層厚度（m），其中：H==7÷（2×5）=0.7，式中：B--巷道開掘寬度，取7m（切眼寬度），f--巖石堅固性系數，取5；

L1--錨桿錨入穩定巖層的深度，一般取0.5m；

L2--錨桿在巷道中的外露長度，一般取0.1m；

K--安全系數，一般取2；

則：L=2×0.7+0.5+0.1=2m

2.幫錨桿通過類比法合理選擇支護參數

兩幫錨桿采用無縱肋螺紋鋼式錨桿，間排距均為700mm×700mm，亦符合要求。

（二）按（錨桿+錨索）組合梁懸吊理論設計錨索的間距

根據地質鉆孔柱狀分析，直接頂為泥巖無堅硬巖層，為防止巷道頂板巖層發生大面積整體跨落，用Φ17.8mm×8000mm的鋼絞線，將錨桿加固的"組合梁"整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距，冒落方式按最嚴重的冒落高度考慮，此時，靠巷道兩幫的角錨桿和錨索一起發揮懸吊作用，在忽略巖體粘結力和內摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可用下式計算錨索間距。

式中：L-錨索間距；

B-巷道最大冒落寬度；

H-巷道冒落高度，取1.7m；

-巖體容重，25.48kN/m3；

L1-錨桿排距，0.7m ；

F1-錨桿錨固力，100kN；

F2-錨索極限承載力，取320kN；

θ-角錨桿與巷道頂板的夾角，75°；

n-錨索排數，取1；

所以設計錨索間排距為1.4×1.4m排距均小于5m。

三、幫頂觀測

用ML-20（T）C錨桿拉力計、MC0-300扭力矩扳手對錨桿的錨固力，實施抽查檢測，用MQ18-200/40型錨索張拉機具對錨索荷載實施檢測。用LBY-3型頂板離層儀觀察頂板位移量，在頂幫設標記觀察點，用鋼尺實測量巷道表面位移，即頂底板和兩幫移近量。詳情見表2。

表2.礦壓觀測內容表

序號

觀察項目

觀察目的

觀察方法

1

巷道淺部頂板移近量

頂層0～1.8m煤層及巖層變化量

觀察淺層離層儀讀數

2

巷道深部頂板移近量

頂層1.8～6m頂板變化情況

觀察深層離層儀讀數

3

兩幫相對移近量

兩幫移近量

在標記點間用皮尺量

4

錨索載荷

是否達到設計要求

使用MS15-230/55機具

5

幫錨桿錨固力

是否達到設計要求

用ML-20（T）C錨桿拉力計

三、觀測方法：

工作面掘進至50m后，開始布置測站，測站間距100m，誤差不超過10m，共設15個測站。每個測站設置一個觀測斷面，在觀測斷面的巷道正頂安裝一個LBY-3型頂板離層儀，觀察并記錄離層儀的初始讀數，安裝好后1個月內每天觀測記錄1次，待穩定后每周觀測記錄1次；在安裝頂板離層儀位置的巷道兩幫各標記1個觀察點，用皮尺分別測量兩幫距頂板離層儀垂線的距離，觀察并記錄初始讀數，之后每10天測量1次數據；用ML-20（T）C錨桿拉力計、MC0-300扭力矩扳手、MQ18-200/40型錨索張拉機具分別對錨桿的錨固力、扭矩力、錨索載荷實施抽查檢測。

此巷道通過對多個測站所有數據綜合進行分析，發現問題及時處理，實時監控幫頂變化情況，從而保證該巷道支護質量。

參考文獻：

[1] 康紅普. 煤巷錨桿支護成套技術研究與實踐[J]. 巖石力學與工程學報. 2005（21）

[2] 陳蘇社. 大柳塔煤礦跨大巷無腿立交新技術試驗研究[J]. 煤炭工程. 2013（06）

[3]王雪；礦井掘進面空氣環境的局部降溫系統與裝置的研究[D]；武漢紡織大學；2013年