綜采工作面新型超前支護工藝研究及應用

高松芝 卓俊勇 唐振國 李思剛

摘要：全國煤礦企業發生安全事故中頂板事故最多，頂板事故中有一半的事故是工作面上下安全出口、超前支護工作中引起的，因此綜采工作面超前支護對采煤安全管理起著至關重要的作用。采煤工作兩巷超前支護的傳統方式有單體液壓支柱配合鉸接頂梁式和巷道超前支架式。在傳統超前支護工藝的基礎上創新使用了注漿錨索式超前支護，改變了傳統超前支護生產模式，提高了工作面生產效率，增加了效益，保證了安全生產，為煤炭行業提供了一種能夠保障安全生產的綜采工作面超前支護工藝，具有重大的行業推廣意義。

Abstract： The roof accidents occur most in coal mining enterprises in China. Half of the roof accidents are caused by safety exits and advanced support work on the work surface. Therefore， advanced support of fully mechanized mining face plays an important role in coal mining safety management. The traditional ways of advanced support of two roadway in coal mining include single hydraulic prop with hinged roof beam type and advanced support type of roadway. On the basis of the traditional advanced support technology， the grouting anchor type advanced support was used， which changed the traditional advanced support production mode， improved the production efficiency of the working face， increased the efficiency， ensured the safe production， and provided the coal industry with a comprehensive support technology for fully mechanized mining face that can guarantee safe production， so it had great industrial promotion significance.

關鍵詞：注漿錨索支護;新型超前支護;降本增效;提高效率;保障安全

Key words： grouting anchor cable support;new advanced support;cost reduction and efficiency enhancement;efficiency improvement;security

中圖分類號：TD355? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）29-0177-02

0? 引言

全國煤礦企業發生安全事故中頂板事故最多，頂板事故中有一半的事故是工作面上下安全出口、超前支護工作中引起的，因此綜采工作面超前支護對采煤安全管理起著至關重要的作用。《煤礦安全規程》（2016版）中對于超前支護有明確的規定：采煤工作面必須保持至少2個暢通的安全出口，一個通到進風巷道，另一個通到回風巷道。采煤工作面所有安全出口與巷道連接處超期壓力影響范圍內必須加強支護，且加強支護的巷道不得小于20m。

1? 超前支護的重要性

超前支護是為了確保工作面上下出口的暢通而采取的特殊支護。頂板未垮落前，工作面壓力呈懸臂梁式分布，垮落后呈砌體梁分布。無論何種形式的壓力，均會使實體煤柱承壓，如不采取超前支護就有可能因壓力致使煤體崩、垮，堵塞上下安全出口。因此為保證煤礦安全生產，必須加強綜采工作面的超前支護。

工作面與進回風巷的關鍵連接部位為采煤工作面安全出口。該出口的主要作用是運輸物料、煤炭、行人、灑水降塵和進回風等。此處控頂面積較大，是三岔口，掘進期間對頂板圍巖破環一次，頂板壓力重新分布，采煤期間，在工作面超前支撐壓力的作用下，頂板會出現不同程度的松動、下沉，甚至破壞。

分析上述原因，由于冒頂事故最容易發生在工作面的上下出口處，因此必須加強兩巷超前支護的支護和管理。

2? 傳統超前支護工藝

采煤工作兩巷超前支護的傳統方式有兩種，一種是單體液壓支柱配合鉸接頂梁，另一種是巷道超前支架。

單體液壓支柱配合鉸接頂梁式超前支護的缺點：①支護強度低。當頂板壓力較大時，該支護達不到應有強度，極易造成安全出口處的頂板下沉。②勞動強度大。隨著工作面的推采，工人頻繁的支柱和回柱，抬扛單體全部靠人力完成，勞動強度大。尤其頂板壓力大時，單體會出現不同程度的鉆底或彎曲，回撤難度大且帶來安全隱患。③支護速度慢。難以快速支設單體液壓支柱和頂梁，同時回撤速度也慢，制約工作面的推采速度，生產效率和人均工效低下。④安全性差。頂梁、支柱和鐵鞋損壞大都是由頂板壓力大和操作頻繁引起的，增加了成本費用，而且工序繁瑣，人工操作多，極易引起人身事故。

巷道超期支架式超前支護的缺點：①安裝和回撤難度大。超前支護支架有端頭液壓支架，過渡液壓支架和巷道超前支架。端頭液壓支架和過渡液壓支架適用于我國中厚煤層的地質條件，配套刮板輸送機和超前支架使用。超前支架為兩架一組，中間由防倒千斤頂鏈接。三種支架體積和重量都比工作面基本支架大，安裝、回撤期間的起吊和運輸都是人工操作，空間有限，難度比較大。②存在安全隱患。當兩端頭頂板壓力大時，超前支架頻繁移架降架，會造成對頂板的揉搓，導致頂板下沉，支架壓死，給工作面的安全管理帶來隱患。

3? 新型超前支護效果分析

為解決上述傳統超前支護存在的問題，棗莊礦業（集團）付村煤業有限公司和中國礦業大學合作，在1009工作面材巷研究和使用了注漿錨索式新式超前支護，從而取消了單體液壓支柱或巷道液壓支架等傳統工藝。目前，該工作面已經成功推采300m，超前頂板管理良好，注漿錨索的使用效果良好。

3.1 技術方案

施工材料和器具：注漿錨索為中空礦用注漿錨索，規格為？準21.6×5000mm，間排距為1350×1800mm，每排布置3根，每隔一排錨桿布置一排注漿錨索，垂直頂板布置。注漿錨索之間采用W鋼帶連接，規格為：280×3300×3mm;錨索托盤為高強錳鋼鼓形托盤，規格為300×300×16mm;每根錨索采用2支CK2550樹脂錨固劑進行錨固，錨索預緊力為150kN。

注漿設備：ZBQ-25/5 江蘇江林機械有限公司;

注漿壓力：5MPa;

注漿水泥：525#硅酸鹽水泥;

注漿液水灰比質量比：1：1.5，漿液中添加添加劑，摻量為水泥重量的8%;

注漿錨索超前工作面距離：50m。

3.2 現場實測分析

①材巷超前20m范圍內的巷道，頂底板和兩幫出現壓力顯現。通過對多個測點的觀測記錄粉絲，頂底板移近量最大值為100mm，最小值為20mm，平均為60mm。兩幫移近量最大值110mm，最小值50mm，平均值為80mm。

②材巷超前20m范圍外，頂底板移近量、兩幫移近量均為零，巷道無壓力顯現。

③對頂板離層儀觀測，淺點和深點離層值都沒有變化。

通過分析，注漿錨索式超前支護能夠有效控制工作面超前20m內的頂板，頂底板移近量和兩幫移近量都小于傳統超前支護工藝。

3.3 技術特點分析

①注漿錨索能夠形成鋼筋砼。利用錨索注漿后，圍巖裂隙被水泥漿填充，使錨桿、錨索和圍巖形成了一個穩固的水泥漿整體，擴大了支護結構范圍，提高了支護承載能力。

②提高工時利用和工作效率。注漿錨索可以提前在工作面以外超前施工，甚至可以一次施工到停采線。工作面在推采期間不需要再投入力量進行超前維護，不再需要端頭工和支架工等人員在端頭的操作，降低了工作面采用傳統超前支護的維護人員，為智能化采煤奠定了堅實的技術保障和基礎。

③提供更安全更暢通的出口。注漿錨索超前支護的應用，取消了單體或巷道支架等傳統工藝的設備，減少了設備、材料占用空間，提供了更安全更暢通的空間，安全系數更高。

3.4 經濟效益分析

注漿錨索超前支護和單體超前支護、巷道支架超前支護進行成本分析。以工作面推采300m為比較基準。形成對照分析見表1-表3。

通過上述三種超前支護形式的成本比較，注漿錨索超前支護工藝是最為節約的超前支護工藝，有利于降本增效。

4? 結論

①采用注漿錨索超前支護新工藝后，支護強度提高了一倍，具有更高的可靠性。有效控制頂底和兩幫的移近量，減少了維護工作量，有效提高了頂板的穩定性，為井下職工創造了安全舒適的作業環境。

②采用注漿錨索超前支護后，降低了傳統超前支護帶來的安全風險，避免了拉移支架、單體倒柱等意外事故的發生，提高了采煤工作面的安全系數。

③注漿錨索超前支護新工藝的成功應用，改變了傳統超前支護生產模式，提高了工作面生產效率，增加了效益，保證了安全生產。該技術可廣泛應用于全國同類地質條件的礦井，為煤炭行業提供了一種保障安全生產的綜采工作面超前支護工藝，具有重大的行業推廣意義。

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