柔性支護技術在3101工作面的應用分析

梁福兵

（山西長治聯盛首陽山煤業有限公司，山西 長治 047100）

對于井下采掘工作面過陷落柱，上木料接頂輔助支架是對周圍巖巷最常用支護方法之一[1-2]。在次基礎上，煤礦技術工作者在綜合考慮支護效果、成本等因素后，探索出了一種柔性支護技術[3]。該技術的核心是使用“金屬鐵絲網+鋼絲繩”組合而成的網狀結構對頂板圍巖形成整體控制。長期工業性使用證明，柔性支護技術對采掘工作面過斷層、陷落柱等地質構造帶有巨大的優勢，不僅施工周期段，還可大幅縮減企業生產成本。

1 項目概況

1.1 工作面概況

山西長治聯盛首陽山煤業有限公司（以下簡稱首陽山煤礦），位于長治市上黨區，面積10.9 m2，年產能力0.9 Mt/a，批準開采3、9號煤層。目前，首陽山煤礦為減少井巷工程量，將3號煤首采工作面布置在巷道北側，命名為3101工作面。

1.2 陷落柱概況

首陽山煤礦3101工作面在回采過程中會遭遇陷落柱[4]，根據現場已探明的資料顯示，該陷落柱為不規則橢圓形，東西方向寬約50 m，南北方向長約35 m，位于3101聯絡巷向北240 m處，具體見圖1。

根據3101回風順槽和3101運輸順槽掘進情況及對該陷落柱的鉆探情況判斷該陷落柱無導水現象。為了更好地解決資源浪費、實現煤炭回收最大化、減少頂板事故與材料浪費等系列問題，在生產實踐中，首陽山煤礦探索出了一種“金屬網+鋼絲繩”控制頂板圍巖的柔性支護技術手段。

圖1 3101工作面陷落柱示意圖

2 柔性支護技術

柔性支護技術在實踐過程中，與傳統支護技術最大的區別就是可以允許圍巖存在一定的形變，它可以有效發揮圍巖自承能力，甚至同被加固的巖體作整體運動時仍能保證相當大支護抗力。

2.1 礦用金屬網類型

煤礦柔性支護常用金屬網主要分為鐵絲網和鋼筋網2種材質，鐵絲網按網孔形狀又分為經緯鐵絲網和菱形鐵絲網，均采用編制工藝鋪設，鋼筋網則采用焊接工藝。

1）經緯鐵絲網。網孔結構簡單，為四邊長度50 mm的正方形網格，支護時單根鐵絲受力，主要依靠鐵絲自身強度承壓時。由于該網通常采用捆綁方式鋪設，網格空檔處易受巖石擠撐，導致網格撐大、變形，巖塊掉落，影響安全，因此目前使用率較低。

2）菱形鐵絲網。通常由熱鍍鋅低碳鋼加工制成，為扁螺旋結構，由于其菱形網孔結構具有柔性好、強度高的特點，受力較經緯網更加均勻，同時具有壹折疊、拆裝的特性，因此適合井下成捆運輸、大面積鋪設。

3）鋼筋網。鋼筋網為尺寸100 mm的正方形鋼筋網格焊接而成，鋼絲直徑在70 mm左右。該尺寸鋼筋網強度和剛度比例最佳，可以有效對巷道頂板形成保護，抑制圍巖松散垮落，而目前廣泛用于對應力集中、大變形的巷道支護。

2.2 金屬網受力變形分析

金屬網對巷道圍巖的支護作用力與金屬絲抗拉強度成正比，與錨桿間距作用成反比。金屬網承壓，會在中央部位出現洼地現象，此時金屬網主要承受頂板圍巖的載荷，除受拉力作用以外，還受剪切、彎曲、扭轉等復合應力的影響。因此如遇巷道較為松散破碎圍巖，應選用強度和剛度較大的鋼筋網，同時配合抗彎剛度大的錨桿構件進行支護，可以有效形成對巷道圍巖的保護。

2.3 金屬網優勢分析

相比較其他柔性支護，金屬網的材質在成本、可回收率、支護效果等方面優勢更加明顯。具體分析認為，在巷道支護過程中，同為柔性支護的塑鋼網易受機械設備的碰撞摩擦導致損壞，回收率較低。經核算，金屬網為25元／m2，塑鋼網頂網為21元／m2；但是金屬網回收率較塑鋼網高50%左右，綜合降本增效的角度，金屬網是柔性支護的首選。

3 過陷落柱技術方案

3.1 施工方法

為確保3101工作面回采期間的頂板安全，將選用柔性支護技術，“金屬鐵絲網+鋼絲繩”加強支護，具體操作規格見圖2，提前5m上網，上網距離為40m；上網、上繩范圍：鐵絲網規格長×款為1.0 m×10 m的金屬網。鋪網要求方面，L為鋼絲繩間距，取500 mm；M1為網長邊搭接量，取200 mm；M2位短邊搭接，取100 mm；F為鋼絲繩搭接量，取5 m。

圖2 3101工作面過陷落柱鋪網示意圖

3.2 打眼、裝藥與爆破

針對3101工作面過陷落柱，使用YT28鑿巖機進行松動爆破，打眼過程中需注意每次打眼數量控制在8個以內。炸藥采用礦用Ⅱ級乳化炸藥，配合瞬發式電雷管，起爆期間所有操作需由專職放炮員完成，每次爆破距離≤10 m。炸藥的填裝采用正向裝藥法，嚴禁使用可燃性材料作為炮眼封泥材料。當炮眼深度＜1 m時，封泥長度應大于炮眼深度的50%；當炮眼深度＞1 m時，封泥長度需＞0.5 m。

3.3 收尾工作

每次爆破工作結束后，需進行支護工作，當端面距超過0.3 m時，及時超前拉架，并伸出前梁，如還不能有效支護，應采取支設帶帽點柱的方式維護頂板，帶帽點柱間距500 mm。待支護完成后，經由班組長、安全員、瓦檢員對頂板、煤幫、瓦斯進行檢測，確定無危險后開動采煤機進行除渣工作。

3.4 效果分析

施工實踐統計發現，3101工作面過陷落柱共計用時20 d。期間礦壓無明顯變化，圍巖變形量控制在5 mm以內，處于穩定狀態。20 d內未發生一起頂板垮塌、片幫傷人、爛網等事故，可見柔性支護技術較傳統支護具有施工周期短、支護穩定的優勢，成功完成了安全高效通過構造的目的。

4 重點環節把控

4.1 頂板安全管理

進行鋪網工作前，需要由安全員和班組長對工作面陷落柱段的頂板情況進行全面檢查，確認無矸石掉落的危險性后方可作業。3101工作面過陷落柱期間，頂板受陷落柱影響，部分破碎處必須進行超前拉架，如遇頂板破碎嚴重，礦壓顯現強烈時，必須及時加強頂板支護措施，同時嚴防倒架、斜柱、支架不直等隱患現象發生。如需人員進入煤壁側作業時，要嚴格執行敲幫問頂制度，遇到頂板破碎、漏頂、片幫時，必須采取措施處理后方可進行作業，確保施工安全。

4.2 生產安全管理

工作面過陷落柱期間要合理安排和組織好生產，適當加快推進速度，盡快推過陷落柱區，以防頂板來壓造成移架困難。

4.3 防治水安全管理

過陷落柱過程中，陷落柱可能出現導水現象，導致涌水或潰泥淹沒工作面造成人員傷亡。工作面過陷落柱期間，防治水科必須每天對該陷落柱的涌水量進行觀測，如涌水量出現增大現象時，應及時在順槽內增設水泵，加強抽排水管理；工作面過陷落柱期間，安全員及跟班班隊長必須每班觀測頂板淋水變化情況，并由采煤隊負責安排專人對排水系統進行檢查，必須確保排水系統運行正常。

5 結語

首陽山煤礦在3101工作面回采過程中，于3101聯絡巷向北會遭遇陷落柱。針對該問題本文對巷道的支護工作提出了以“金屬鐵絲網+鋼絲繩”為主的柔性支護方案，并制定了瓦斯通防、水害防治等有效措施。結果顯示，3101工作面過陷落柱共計用時20 d，期間礦壓無明顯變化，圍巖變形量控制在5 mm以內，成功實現了安全高效過陷落柱的目的，并取得了良好的經濟效益，對于類似礦山有一定的借鑒價值。