沖擊礦井巷道支護設計

曹慶江

(河南省澠池縣果園鄉 耿村煤礦，河南 義馬 472300)

隨著煤炭事業的不斷發展，開采深度不斷增加，沖擊地壓發生的危險性也隨之增大，沖擊地壓災害的發生也越發普遍。巷道支護的問題也日益凸顯，支護成本的增加，支護效果不明顯，前掘后修還會浪費大量的人力物力。最初只是采用加強的錨索支護對沖擊礦井進行斷面支護[1]；王國法等采用工作面端頭支架、巷道超前支架及“O”形防沖擊支架對沖擊礦井進行了支護[2]；張樹峰等通過采用抗沖擊U、W支護工藝降低了巷道片幫隱患[3]；閆化良提出“深部圍巖卸壓+淺部圍巖支護+巷道表層加強防護”的多層次防控技術，對巷道進行聯合支護[4]。但是對于具有沖擊危險傾向性的礦井，這些方案的支護強度還是有所欠缺，對于沖擊礦井的支護還需要更深入的研究。

1 工程概況

義煤集團耿村煤礦設計生產能力36 000萬t/a，12150綜放工作面位于該工作面位于12采區軌道下山東翼；工作面北部為(2-3)12110工作面采空區；南部為(2-3)12170工作面采空區；上部為2-1煤及11081、12111、12131三個工作面采空區和1-2煤11011、11061、11081、12111及12131五個工作面采空區，回采2-3煤層。地面標高：+595～ +624 m，工作面標高：+205～ +310 m，工作面采用走向長壁式布置，走向可采長度806 m，傾向長度267 m，煤層傾角8～12°，平均煤厚13.8 m。進回風巷道均沿2-3煤層底板掘進，巷道設計為拱形斷面，凈寬6.2 m，凈高3.63 m，凈斷面19.6 m2。

2 原巷道支護方案及存在問題

2.1 原巷道支護方案

2.1.1 工作面端頭支護形式及規格

1) 工作面上下端頭均使用ZT2×4000/23/50型巷道液壓自移支架(巷道支架)與排頭架配合來保證端頭處的支護強度。

2) 上、下端頭處，沿巷道走向各安裝兩排巷道支架，上巷7架，下巷5架，上、下巷安裝位置為距上、下幫0.5～1 m, 排距(中-中)2.1～2.3 m，下巷安裝位置沿轉載機兩幫位置打設，排距(中-中)2.1～2.3 m。

3) 上端頭處，靠近巷道上幫第一架巷道支架安裝位置尾部要與最后一架排頭架尾部對齊，靠近下幫第一架巷道支架安裝位置尾部要與最后一架排頭架尾部對齊。

4) 下端頭處，靠近巷道下幫第一架巷道支架安裝位置尾部要與第一架排頭架尾部對齊，與小抬棚相輔來保證對下端頭形成牢固的支護，靠近上幫第一架巷道支架安裝位置尾部與煤墻對齊。

5) 上端頭支護與液壓支架凈間距不大于0.5 m。下幫巷道支架與工作面液壓支架凈間距不得大于0.5 m。同時保證巷道凈寬不得低于1.8 m，行人側寬度不少于0.8 m。

2.1.2 工作面超前支護形式及規格

1) 超前支護使用液壓抬棚支架按走向打設一路。采用ZD2200/22/45、ZQ4000/19/39液壓抬棚配合頂底梁組成，必須確保初撐力不低于泵站額定壓力的60%，即不低于18 MPa。

2) 液壓抬棚上巷打設在巷道中間，下巷靠近膠帶或轉載機上幫，成一直線并編號管理。

3) 自上、下端頭向外超前打設液壓抬棚支護,上巷不少于300 m，下巷不少于150 m(包括巷道支架在超前支護段的控制距離)。

圖1 巷道斷面示意(mm)

圖2 原巷道斷面示意

2.2 原支護方案中存在的問題

1) 當上端頭巷道支架與工作面液壓支架、下巷巷道支架與液壓抬棚支架間距離過大時缺少補強措施，當壓力過大時，可能會導致巷道變形量增大。

2) 隨著工作面的推進，在割煤時，可能發生甩出錨桿傷人事件。

3) 工作面超前支護的強度不足，對于沖擊礦井在超前支承壓力影響范圍內的支護尤為重要，需要增強支護強度。

3 改進后的支護方案

通過對原支護方案存在問題分析，在原方案基礎上做出改進調整，增加了以下幾點支護方案內容。

3.1 工作面端頭支護形式及規格

1) 上端頭巷道支架與工作面液壓支架間距每超0.5 m、下巷巷道支架與液壓抬棚支架間每超0.5 m時，必須加打抬棚進行加強支護，抬棚梁為3.4 m長12號礦用工字鋼，單體柱腿，一梁不少于三柱，抬棚交錯打設，若上端頭上幫巷道支架與工作面支架間超過2 m時，上端頭下幫可以再進一架巷道支架，并保證巷道凈寬不得低于2.5 m，行人側寬度不少于0.8 m。

2) 巷道支架和抬棚隨同采面回采一同前移。隨著工作面的推進，上、下端頭3～5 m范圍內，上巷下幫、下巷上幫錨桿必須提前拔除，防止割煤時甩出錨桿傷人。支護示意如圖3、圖4、圖5和圖6所示。

圖3 工作面上、下端頭支護示意(mm)

圖4 巷道支架示意(mm)

3.2 工作面超前支護形式及規格

1) 超前支護使用液壓抬棚支架按走向打設一路，支架采用2根直徑220 mm的大立柱配合頂底梁組成，工作阻力2×1 100 kN。

2) 液壓抬棚支架架間距不得超過0.3 m，接U型鋼梁嚴實，每架抬棚液壓支架必須有防倒裝置。

圖5 液壓抬棚超前支護斷面示意(mm)

圖6 門式支架加強支護段示意(mm)

3) 下巷超前300 m范圍內使用巷道支架、液壓抬棚、門式支架及組合形式的加強支護，安裝58架高強度門式支架輔以液壓抬棚加強支護。

4 改進后的現場效果

通過在下巷布置測點觀測巷道頂底板以及兩幫移進量，實行改進后的方案、增強支護強度，巷道變形量有明顯減小，巷道變形得到了有效控制，在改進前后巷道變形量對比如圖7和圖8所示。

5 結 語

本文針對耿村礦巷道支護的問題，通過對原支護方案的分析對比，在原有方案基礎上，針對支架間距過大可能引起的支護失效以及超前支護強度不足的問題提出了支架間補打抬棚、采用門式支架配合液壓抬棚超前支護的方案。通過現場觀測，采用新支護手段后，巷道兩幫及頂底板變形量顯著減小，巷道變形得到了有效控制，維護了巷道安全穩定，保證了生產的連續性，對以后沖擊礦井的巷道支護具有借鑒指導意義。

圖7 改進前后頂底板移進量對比

圖8 改進前后兩幫移進量對比