莒山礦回風順槽超前支護技術研究

常王軍，王 園

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048027）

引言

回風順槽是煤礦井下綜采工作面安全通風和輔助運輸的重要通道，對工作面安全開采具有十分重要的作用[1-3]。工作面在回采過程中，在前方一定范圍內會形成一種超前采動應力，位于超前采動影響范圍內的回風順槽會受集中應力的影響，圍巖破壞變形嚴重，因此需要進行超前支護[4]。《煤礦安全規程》規定，回采巷道超前支護范圍不小于20 m。為實現回風順槽的超前安全支護，本文以莒山礦9103 工作面回風順槽為研究背景，通過理論分析分別對巷道頂板巖層應力、巷道錨桿及錨索支護應力進行研究，并在此基礎上分析出了超前支護所需的合理支護強度，確定了合理的超前支護技術與裝備，實現了工作面回風順槽30 m 范圍的安全、高效超前支護，最終成功用于工程實踐。

1 巷道開采技術條件

9103 工作面所采的煤層位于石炭系上統太原組，煤層厚度為0.6～1.6 m，平均厚度為1.3 m，煤層頂板為泥巖及砂質泥巖，底板以泥巖為主，煤層巖性特征如表1 所示。

表1 巷道頂底板特征

9103 回風順槽設計為矩形斷面巷道，寬度為3.2 m、高度為3.1 m，沿9 號煤層頂板掘進，巷道采用錨桿、錨索進行聯合支護。頂板每排布置4 根Φ20 mm×2 100 mm 型螺紋鋼錨桿，間距為800 mm，排距為800 mm，垂直頂板布置；頂板錨索為Φ17.8 mm×8 300 mm 的鋼絞線，采用“1-2-1”布置方式，每排布置2 根錨索時，錨索距巷幫距離均為800 mm，間距為1 600 mm；每排布置1 根錨索時，布置于巷道頂板中部，錨索排距為1 600 mm。巷道兩幫每排布置4 根Φ20 mm×2 100 mm 型螺紋鋼錨桿，間距為800 mm，排距為800 mm，垂直于幫部打設。

2 超前支護參數

2.1 超前支護強度

巷道頂板上覆巖層重量按式（1）計算：

式中：Pt為合理的支護強度，kN/m2；h 為巷道高度，取3.1 m；γ 為上覆巖層容重，取25 kN/m3；k 為巷道上覆巖層垮落帶與巷高之比，一般為4～8，這里取8。

將對應數值代入式（1），有Pt=3.1×25×8=620 kPa，巷道采用錨桿及錨索支護，錨桿支護力按式（2）計算：

式中：Qb為巷道錨桿支護力，kN；S為支護面積，m2。

在支護排距為800 mm 范圍內，每排布置4 根錨桿，錨桿設計錨固力為180 kN；代入公式（2），則單位支護面積內錨桿支護力

巷道錨索支護強度為：

式中：Qc為巷道錨桿支護力，kN；S為支護面積，m2。

巷道頂板錨索采用“1-2-1”的布置方式，排距為1 600 mm，可將錨索簡化為每排布置1.5 根，錨索設計錨固力為500 kN；將各參數代入公式（3），則單位支護面積內錨索支護力

回采巷道超前支護強度按式（4）計算：

將上述計算結果代入式（4）得出：P=Pt-Pb-Pc=620-281.25-146.48=192.27 kPa，即超前支護強度不低于192.27 kPa。

2.2 超前支護長度

巷道超前支護長度與工作面超前采動影響區域的范圍有關，根據相鄰工作面開采過程中回采巷道的現場實測數據，工作面超前應力峰值位于工作面前方8～10 m 位置，工作面超前高應力區域為工作面超前28 m 范圍?？紤]9103 工作面與相鄰工作面具有相同的開采地質條件，確定9103 回風順槽超前采動影響區為工作面前方28 m，確定超前支護長度不低于28 m。

3 超前支架確定

基于上述分析，9103 回風順槽超前支護強度不低于192.27 kPa，超前支護長度不低于28 m，確定使用ZQL2×3200/18/35 型巷道超前支護支架組，2 架1 組，共3 組，超前支護長度為30 m。支架組主要技術參數如表1 所示。

表1 支架組主要技術參數

該支架組設計為窄型頂梁，實際支護過程中，頂梁與錨桿之間的巷道頂板接觸，不與巷道頂板錨桿及錨索接觸，有效避開了錨桿及錨索，最大程度地避免了支護過程中的加載對頂板錨桿及錨索的破壞，保證了支架與頂板的良好作用效果，超前支架組對圍巖具有良好的適應性。

4 應用效果

將ZQL2×3200/18/35 型巷道超前支護支架組應用于9103 回風順槽，超前支護長度為30 m，在實際使用過程中巷道頂板最大下沉量為256 mm，煤柱幫最大變形量為198 mm，實體煤幫最大變形量為156 mm，底板最大變形量為126 mm，巷道實際變形量較??；實際支護過程中巷道頂板錨桿及錨索支護系統未受到破壞，表明超前支架組實際使用效果良好，可以滿足工作面回風順槽超前支護要求。

5 結語

使用超前支護支架組后，回風順槽圍巖得到了較好地維護，巷道頂板錨桿及錨索支護系統基本未受到破壞，巷道超前支護支架組的應用促進了綜采工作面安全高效開采，同時也取得了不錯的經濟效益。