掘進工作面巷道臨時支護方案分析

秦澤

(山西蘭花集團 莒山煤礦有限公司， 山西 晉城 048027)

0 引言

巷道掘進是煤礦生產中的重要環節。掘進工作面由于作業空間有限，端頭區域處于空頂狀態，當巷道圍巖應力狀況復雜時極易發生冒頂事故[1-3]。本文以山西蘭花集團莒山煤礦有限公司二采區運輸巷為工程背景，研究了巷道臨時支護方案并確定了臨時支護支架組型號，為掘進工作面的安全開采奠定了基礎。

1 運輸巷工程概況

山西蘭花集團莒山煤礦有限公司二采區運輸巷設計為矩形斷面，見圖1。其掘進寬度為5.2 m，高為3.21 m，巷道凈寬為5.0 m，凈高為3.0 m。采用高性能預應力錨桿、金屬網、鋼筋托梁和噴射混凝土進行錨網噴支護。錨桿采用高性能螺紋鋼錨桿，規格為φ20 mm×2 000 mm，桿體采用直徑為22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號BHRB400，桿尾螺紋為M22，頂錨桿和幫錨桿間排距均為800 mm×800 mm，錨桿孔直徑為28 mm；采用1卷K2335、1卷Z2360型樹脂藥卷加長錨固，錨固長度不少于1.0 m，頂錨桿最低錨固力120 kN，幫錨桿最低錨固力80 kN，預緊扭矩不小于200 N·m；托盤采用拱型高強度托盤，規格為120 mm×120 mm×8 mm。

在完成錨網噴初次支護之后，及時進行錨索加強支護。錨索直徑為15.24 mm，錨索長度為8 300 mm，錨索采用3-0-3-0方式布置，間排距為1 600 mm×1 600 mm；孔徑為32 mm，采用1卷CK2335、2卷Z2360型樹脂藥卷加長錨固；其極限承載力為260 kN，伸長率為3.5%；最低錨固力200 kN，預緊力不小于100 kN；采用高強度可調心托盤，規格為300 mm×300 mm×20 mm，并采用專用錨具與設備進行張拉、固定和切割。

圖1 巷道支護斷面

2 支護強度分析計算

二采區運輸大巷頂板為砂質泥巖，掘進過程中巷道圍巖會受到一定影響。工作面開采期間巷道受采動影響較大，圍巖受到進一步影響，巖層裂隙進一步發育，強度降低，可將其視為散體介質。按照彈性理論[4-6]進行如下計算。

1) 巷道頂板巖體破碎帶高度h0可按下式計算：

h0=RP-h

(1)

式中：h為非圓巷道等效圓中心至頂板的高度，換算值取1.90 m;Rp為巖石破碎帶半徑，可由下式計算：

(2)

式中:R0為非圓形巷道的等效面掘進半徑，取2.56 m；r為巖體巖重，取25 kN/m3；z為巷道中心距地表深度，取最大值185 m；φ為煤體內摩擦角，取28 °;C為煤體黏結強度，取960 kN/m2。

通過計算可得h0=1.83 m。

2) 巷道最大圍巖壓力q可按下式計算：

q=K1·K2·h0·γ

(3)

式中:K1為上工作面采動殘余影響系數，取1.8；K2為本工作面采動影響系數，取2.0。

3) 支架工作阻力F按式(4)計算：

(4)

式中：L為支架控頂距，取10 m；B為巷道寬度，取5.2 m；η為支撐效率，取0.9。

將各參數代入計算,得到巷道最大圍巖壓力q=45.12 kPa。

3 支護方案分析

3.1 確定參數

在巷道掘進過程中，巷道端頭區域掘進機下方區域屬于工作面作業區域，無法對巷道進行永久錨桿支護，故需要對巷道進行臨時型支護。根據實際情況并結合掘進設備空間長度，確定使用ZL2×1600/24/32型超前臨時支護支架組，支架控制方式為手動/遙控。主要技術參數如下：

支護高度/mm

2 400～3 200

支護寬度/mm

5 000

工作阻力/kN

3 200(P=35 MPa)

初撐力/kN

2 280(P=25 MPa)

立柱內徑/mm

￠145

支護強度/MPa

>0.05

對底板平均比壓/MPa

≤1.2

3.2 臨時支架組組成

臨時支架組由兩架框架式支架組成,單架支架由橫梁、縱梁、前挑梁及立柱組成。兩架支架互為支撐,相互向前推進。其中一架向前移動時,另一架支架撐頂支護。在移架過程中,始終有一架支架臨時支護頂板，保持臨時支護區域頂板處于支撐狀態。圖2為ZL2×1600/24/32型支架組及布置方式。

圖2 ZL2×1600/24/32型支架組及布置方式

4 支護效果

二采區運輸巷在掘進過程中使用ZL2×1600/24/32型臨時支架組進行掘進工作面巷道臨時支護。掘進期間支護區域巷道頂板基本保持了穩定、完整狀態，為錨桿支護提供了穩定的作用載體，且未有冒頂現象發生，表明巷道臨時支護效果良好，保證了掘進工作面的安全高效開采。

5 結論

結合山西蘭花集團莒山煤礦有限公司二采區運輸巷掘進工作面開采地質條件，分析了巷道掘進臨時支護強度，結合掘進工作面設備實際布置情況，確定使用ZL2×1600/24/32型臨時支架組進行臨時支護。實踐表明巷道掘進工作面臨時支護效果良好，保證了工作面的安全施工。