深部大變形順槽超前支架支護效果分析

張宏志

（大同煤礦集團同發東周窯煤業有限公司， 山西 大同 037000）

引言

無數的現場經驗表明，液壓支架能否滿足工作面地質條件和確保工作面安全可靠的生產，主要取決于液壓支架的工作阻力。如果液壓支架的工作阻力太大，液壓支架的重量和整體尺寸就會增加，此時即使工作面的高效高產得到了保證，也會造成資源浪費和成本的提高，而且會給工作面的安裝與搬遷帶來很多麻煩[1-3]。如果支架的工作阻力小了，液壓支架不能有效地支護頂板，當工作面出現來壓時，液壓支架就會撐不起來，對行人和設備造成危害，甚至造成一次性被壓死、斷梁、開焊等問題[4]。隨著綜合機械化工作面的不斷發展、高效礦井建設的突飛猛進、機械制造技術和原材料的不斷提高，液壓支架已向高工作阻力、大采高、大噸位和高效益方向發展。某礦針對14310綜放面順槽超前工作面30～40m變形嚴重的問題，引進了超前支護距離為60m的支護系統，本文通過現場觀測，對其支護效果進行考察。

1 工程概況

14310（東）綜放工作面位于某礦十四采區北部，工作面切眼與順槽斜交，軌順走向長972.74m，運順走向長938.51m，工作面傾斜寬261.8m。14310（東）綜放工作面東起開切眼（軌順較運順向東延長34.23 m）；西至設計停采線（與14310下09（東）停采線平齊）；南鄰14310上09（東）綜放工作面和14310下09（東）綜采工作面采空區；北鄰井田邊界。

1）軌道順槽技術條件。順槽巷道使用錨網支護，巷道斷面為梯形，凈斷面面積15.924m2，且設計巷道上頂板寬度為4 200mm，底板寬度為4 900mm，巷道高度為3 500mm；巷道頂板和側幫鋪設金屬菱形網，巷道頂板錨固間距為800mm的梯型鋼帶，在鋼帶上均勻布置7根Φ22mm×2 400mm的右旋無縱筋樹脂錨桿，錨桿間排距為700mm×800mm；在側幫上布置5根Φ20mm×2 000mm全螺紋錨桿，且錨桿間排距為750mm×800mm；在巷道頂板左右各750mm位置打注兩排錨索，錨索間距1 600mm。煤層頂底板情況如表1所示。

表1 煤層頂底板情況表

2）超前支護組成及其主要技術參數。超前支護由1組ZCZl2800/22/38型錨固支架、3組ZCZ25600/22/38A型超前支護液壓支架、1組ZCZ25600/22/38B型超前支護液壓支架，支護總長度約60m，其中ZCZ25600/22/38B型超前支架頂梁帶后鉸接挑梁機構。

2 觀測內容及測點設置

2.1 觀測內容

1）巷道圍巖的變形量包括頂板下沉量、底板堆積量、側幫偏移量和面幫偏移量。

2）超前順槽支架的支護阻力。

2.2 測點布置

1）巷道圍巖的變形觀測。在距開切眼260～470m之間設置圍巖變形觀測點，每組觀測點的間隔為50m，共布設6組。

2）超前順槽支架的支護阻力觀測。對于超前支架的支護阻力的觀察采取每列沿工作面走向布置3個測站，6條測線的方式，如下頁圖1所示。

3 觀測數據分析

從表2中可以看出：

1）巷道頂底板最大累計移近量為415mm，最小累計移近量為119mm，平均累計移近量為201.7 mm；頂底板平均移近速度最大16mm/d，最小5 mm/d，平均 8.4mm/d。

2）兩幫最大累計移近量為1 250mm，最小累計移近量為660mm，平均累計移近量為848mm；兩幫平均移近速度最大44.6mm/d，最小27.5mm/d，平均36.2mm/d；面幫中最大累計移近量為365mm，最小移近量為13lmm，平均216mm；面幫中平均移近速度最大15.9mm/d，最小5.5mm/d，平均9.3mm/d。

圖1 支架阻力測點布置

表2 14310工作面軌順圍巖變形觀測數據

3）巷道頂底板的相對移近量和移近速度都小于兩幫的圍巖變形。頂底板平均移近量為201.7mm，兩幫平均移近量為848mm，僅為兩幫移近量的23.8%。

4）各測點隨距工作面煤壁距離的減小，巷道頂底板、兩幫移近量及移近速度逐漸增大，圍巖活動由緩慢到逐漸劇烈。巷道超前影響范圍為距工作面煤壁81～120m，巷道圍巖逐漸發生變化，頂底和兩幫逐漸變形、縮進，劇烈影響范圍為距工作面煤壁35.5～52m，主要表現在兩幫、頂底變形量逐漸增加，圍巖活動劇烈，兩幫其主要是外幫的鼓進量，約占幫部變形總量的2/3，頂底板變形增量較小。

4 結論

1）14310軌順各測點觀測結束時的巷道寬度為3 400mm～4 210mm，平均寬度為3 810mm。巷道高度為3 015～3 210mm，平均高度為3 112mm。與具有類似開采條件且采用單體液壓支柱支護的巷道相比，14310軌順巷道的頂底板之間相互平均移近量、頂底板之間相互移近平均速度、兩幫之間的平均移近量以及兩幫之間的平均移近速度分別占單體支柱時的17.7%、22%、29.4%、37.7%。

2）通過對支架阻力的測試可知：l號測點（ZCZl2800/22/38型 錨 固 支 架 ）、2 號 測 點（ZCZ25600/22/38A型超前支護液壓支架）、3號測點（ZCZ25600/22/38B型超前支護液壓支架）的支護阻力的平均值分別為10 732.6 kN、23 424.32 kN、24 654.47 kN，分別占額定支護阻力的83.85%、91.5%、96.3%。可見在工作面正常生產期間，超前支護支架取得了良好的支護效果，且這種支架的支撐能力大，支護強度高，相對單體液壓支架支護而言巷道圍巖的變形較小，為工作面的安全生產和巷道中的各種設備的正常運行提供了一個良好的工作環境。