綜采工作面超前支護(hù)優(yōu)化技術(shù)研究

李生亞

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

在煤礦開采工作過程中，綜采工作面超前支護(hù)在整個(gè)煤礦安全生產(chǎn)工作當(dāng)中起到的作用非常關(guān)鍵，綜采工作面上下順槽超前支護(hù)施工方法，通常情況下是以單體液壓支柱結(jié)構(gòu)為主，單體液壓支在支護(hù)工作當(dāng)中，由于支護(hù)強(qiáng)度偏低、工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大、支護(hù)速率過慢等方面問題的影響，對整個(gè)綜采工作面的高效安全生產(chǎn)都形成了不同程度的干擾，特別是在一些大采高綜采工作面工作過程中，存在局部分段和遷移等方面特性，使得這種液壓支柱結(jié)構(gòu)的缺現(xiàn)問題表現(xiàn)越來越明顯。因此，對煤礦巷道超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行深入分析和研究。

1 工程概況

本次煤礦開采區(qū)域32101 綜采工作面，位于某煤礦第一開采區(qū)，整個(gè)開采工作面分為3 條開采巷道設(shè)置，實(shí)現(xiàn)兩進(jìn)一回，即主運(yùn)輸巷道、輔助運(yùn)輸巷道以及回風(fēng)巷道，其中回風(fēng)巷道的尺寸大小為寬度5.5 mm，高度4.5 m，使用錨網(wǎng)錨索聯(lián)合支護(hù)工作方式。32101綜采工作面涉及使用采高4.8 m，橫向長度1 025.5 m，傾向長度為20 016.5 m，整個(gè)開采過路面直接頂板區(qū)域?yàn)閲鷰r結(jié)構(gòu)，平均泥巖厚度大小為2.25 m，平均抗壓強(qiáng)度大小為18.5 MPa，平均抗拉強(qiáng)度大小為1.35 MPa，均屬于中等穩(wěn)定頂板結(jié)構(gòu)。煤礦巷道頂部為細(xì)顆粒砂巖結(jié)構(gòu)，平均厚度為8.5 m，平均抗壓強(qiáng)度為45.5 MPa，平均抗拉強(qiáng)度為3.25 MPa，屬于堅(jiān)硬巖石結(jié)構(gòu)，直接底板位置為砂質(zhì)泥巖，平均厚度大小為3.25 m，平均壓強(qiáng)大小為25.0 MPa，平均抗拉強(qiáng)度大小為1.35 MPa，屬于軟弱中硬性巖石結(jié)構(gòu)。

2 超前支護(hù)方案優(yōu)化處理

2.1 超前支護(hù)方案優(yōu)化分析

針對原有的超前支護(hù)施工方案當(dāng)中存在的主要問題，在保證煤礦井下工作人員的生命安全，提高圍巖控制工作效果，保證高產(chǎn)高效工作的前提條件下，對整個(gè)工作面回風(fēng)巷道超前支護(hù)工作進(jìn)行全面革新，有效引進(jìn)超前液壓支架結(jié)構(gòu)，對巷道部分進(jìn)行支護(hù)。超前液壓支架可以與煤礦巷道的頂板位置之間始終形成接觸，防止頂板位置進(jìn)行反復(fù)支撐破碎，具有支護(hù)工作面積更大、高度更高、支護(hù)強(qiáng)度更強(qiáng)等優(yōu)勢，可以有效防止煤礦巷道內(nèi)部頂板巖層結(jié)構(gòu)過早產(chǎn)生離析情況。在移架工作過程中，相關(guān)工作人員需要始終位于支架結(jié)構(gòu)的下方，并且使用臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行施工，保證施工人員的人身安全，有效解決原有支護(hù)結(jié)構(gòu)條件下所存在的各種問題。有效結(jié)合項(xiàng)目工程施工現(xiàn)場的具體情況，經(jīng)過理論計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)際勘查工作之后，發(fā)現(xiàn)在32101 工作面回風(fēng)巷道當(dāng)中，設(shè)置出4 組邁步式液壓操前支架結(jié)構(gòu)，展開超前維護(hù)操作方式使用的是支架結(jié)構(gòu)[1]。

2.2 安全操作方法

在綜采工作面回采工作過程中，為了充分發(fā)揮出液壓操前支架結(jié)構(gòu)，對于工作面回風(fēng)巷道圍巖支護(hù)工作效果，保證巷道的安全生產(chǎn)，制定出以下幾種安全控制工作策略：第一，在支架安裝工作之前，需要有效檢查煤礦巷道頂板位置是否完好無損，是否存在活矸、片幫等，周圍的環(huán)境條件是否安全，是否有工作人員經(jīng)過是否存在設(shè)備雜物，確認(rèn)安全之后方可進(jìn)行后續(xù)施工。第二，需要全面加強(qiáng)煤礦巷道頂板管理工作，當(dāng)煤礦巷道的頂板比較破碎的條件下，在超前液壓支架巷道當(dāng)中，中間和兩幫位置需要進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，確認(rèn)安全之后方可進(jìn)行移動(dòng)，尤其在遇到斷裂構(gòu)造的情況下，必須要加強(qiáng)支護(hù)施工。第三，采煤機(jī)割完端頭的三角煤離開端頭位置，然后進(jìn)行支架移動(dòng)。操作支架工作當(dāng)中需要至少有兩個(gè)人進(jìn)行配合，一人進(jìn)行操作，一人監(jiān)護(hù)，并且要求在支架下方的安全區(qū)域進(jìn)行施工移架工作中，如果發(fā)現(xiàn)異常問題需要及時(shí)停止工作，避免產(chǎn)生意外安全事故[2]。

2.3 綜采工作面超前支護(hù)優(yōu)化關(guān)鍵性技術(shù)

該巷道超前段使用的是某鎖體帶單體支柱結(jié)構(gòu)，可以將其變被動(dòng)為主動(dòng)支護(hù)形式，充分發(fā)揮出主動(dòng)支護(hù)工作優(yōu)勢，全面提高支護(hù)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)避免不必要的人力資源投入，進(jìn)一步改善超前支護(hù)工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)增大煤礦巷道內(nèi)部的通風(fēng)面積，加快綜采工作面的回采工作效率，適合現(xiàn)階段綜采工作面到機(jī)械大型化工作要求。通過對本次煤礦地質(zhì)條件資料以及相關(guān)設(shè)計(jì)工作流程分析和研究，有效計(jì)算出當(dāng)前煤礦綜采工作面支護(hù)條件，使用錨索替代單體支柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行超前支護(hù)工作，同時(shí)需要補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，根據(jù)所需要補(bǔ)強(qiáng)的支護(hù)強(qiáng)度大小，有效推斷出所需要的超前支護(hù)錨索的相關(guān)參數(shù)。

受采空區(qū)域沒助條件因素的影響，在運(yùn)輸巷道及其相關(guān)材料過程中，距離巷道工作面0～35 m 范圍之內(nèi)，使用單體注漿錨索配合兩根1×7 股高強(qiáng)度低松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨網(wǎng)，以及橫架錨索展開超前聯(lián)合支護(hù)施工。其中單體注漿錨索使用每排兩根1×8 股中孔注漿錨索進(jìn)行加固處理，規(guī)格大小分別為21.5 mm×6 200 mm，間排距大小為1 200 mm×1 800 mm。注漿桁架錨索使用的是兩根1×8 股高強(qiáng)度低松弛的用力注漿錨索，鉆孔深度為6 000 mm，鉆孔直徑大小為28 mm，錨索鉆孔和頂板垂線之間的夾角為15°。通過使用兩根1×7 股高強(qiáng)度低松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絞線17.5 mm×4 000 mm，間距大小為150 mm，預(yù)緊力大小為25 kN，錨索預(yù)緊力為150 mm。當(dāng)不受采空煤柱影響條件下，在綜采工作面0～35 m 范圍之內(nèi)，使用單體注漿錨索配合兩根1×7 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行加固處理，可以有效實(shí)現(xiàn)超前聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，提高煤礦巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。

3 優(yōu)化支護(hù)工作效果分析

為了有效驗(yàn)證超前液壓支架的支護(hù)工作效果，選擇100 m 巷道展開維延觀測工作，并且有效分析煤礦巷道頂部底板的移進(jìn)量，以及兩幫位置的變形量大小，同時(shí)和原有的單體滯后結(jié)構(gòu)下部位移變形量進(jìn)行對比和分析，如圖1 所示。

圖1 超前支護(hù)優(yōu)化前后頂?shù)装逡平孔兓?/p>

通過圖1 分析可以得出，煤礦巷道的圍巖結(jié)構(gòu)變形量，會(huì)隨著距離工作面的距離增加，表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，最終會(huì)回歸到原位。在原有的單體直播結(jié)構(gòu)條件下，超前工作面達(dá)到62 m 之后巷道會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，通過使用超前液壓支架之后，超前工作面達(dá)到50 m 之后巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)[4]。在使用超前液壓支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)之后，煤礦巷道的位移結(jié)構(gòu)變形量有了明顯的降低趨勢，原有的單體支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部底部底板的位移量最大達(dá)到245 mm，兩幫位置的移進(jìn)量最大超過187 mm，而使用超前液壓支架結(jié)構(gòu)之后，分別降低到195 mm 和158 mm，整體降幅量達(dá)到21.1%與15.5%，整個(gè)巷道的圍巖結(jié)構(gòu)控制工作效果表現(xiàn)非常明顯。現(xiàn)階段，該32101 工作面已經(jīng)充分回采完畢，同時(shí)在整個(gè)回采工作過程中并沒有產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故，并且在原有的單體支護(hù)結(jié)構(gòu)條件下，整個(gè)綜采工作面平均每天的推進(jìn)距離可以達(dá)到10.0 m。通過使用超前液壓支架結(jié)構(gòu)之后，綜采工作面平均每天向前推進(jìn)的距離為11.5 m，整體工作效果和質(zhì)量得到了全面提升。

4 結(jié)語

通過對本次綜采工作面前有超前支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析和研究，并且找到原有支護(hù)結(jié)構(gòu)工作當(dāng)中存在的缺陷和不足，有效引入錨索聯(lián)合支護(hù)以及內(nèi)部式液壓超前支架結(jié)構(gòu)，對整個(gè)煤礦巷道展開超前支護(hù)優(yōu)化處理，并且經(jīng)過現(xiàn)場勘察工作之后得出本次超前支護(hù)工作質(zhì)量得到了全面提升支護(hù)優(yōu)化工作成果。