山西某礦3202 綜放工作面沿空留巷支護研究

柴光光

（山西蘭花集團東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

1 3202 工作面概況

3202 工作面位于已回采的3201 采空區(qū)東部，由進風(fēng)順槽、運輸順槽、開切眼和回風(fēng)順槽（含Ⅰ段、Ⅱ段）共同形成回采系統(tǒng)。3 號煤層無沖擊地壓傾向。應(yīng)力集中區(qū)為采空區(qū)懸頂?shù)囟危撁娌粫纬纱竺娣e懸頂沖擊，地壓表現(xiàn)不明顯。工作面布置3 條巷道，即運輸順槽、進風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽，3202 回采工作面運輸順槽采用沿空留巷技術(shù)，工作面開采后該順槽保留下來作為3203 工作面的進風(fēng)順槽。3202 回采工作面進風(fēng)順槽利用原3201 工作面軌道順槽（沿空留巷），工作面順槽均沿3 號煤層底板布置[1-4]。

2 支護設(shè)計

2.1 液壓支架選型

根據(jù)3202 綜采放頂煤工作面開采設(shè)計，選取液壓支架如下：采用ZF8000/18/35D 型低位放頂煤液壓支架配合ZFG8000/22/38D 型過渡支架支護工作面頂板。工作面采長200 m，機頭布置4 架ZFG8000/22/38D 型過渡支架，中間布置127 架ZF8000/18/35D 型放頂煤支架，機尾布置3 架ZFG8000/22/38D 型過渡支架。沿空留巷澆筑混凝土墻處布置2 架沿空留巷專用采空區(qū)維護支架。其支架技術(shù)參數(shù)技術(shù)特征見表1。

表1 支架技術(shù)參數(shù)

2.2 驗算支護強度

根據(jù)礦壓理論，工作面支架承受的最大壓力為6～8 倍采高的頂板巖石的重量，現(xiàn)取8 倍采高的頂板巖石重量計算：

式中：W 為支架工作阻力，kN；h 為采高，取3.3 m；B為工作面每架支架的支護面積，設(shè)計按支架支護寬1.5 m 和最大控頂距取5.7 m 計算，5.7×1.5=8.55 m2；r為巖石容重，取2.5 t/m3；φ 為煤層傾角，取7°；g 為重力加速度，取9.8 m/s2。

將相關(guān)參數(shù)代入式（1）得：W=5489 kN。

根據(jù)回歸經(jīng)驗計算支護強度：

式中：qn為支護強度，MPa；K 為備用系數(shù)，取1.3；M為煤層最大高度，3 號煤層厚度為4.63～6.62 m，取6.62 m；γ 為頂板巖石容重，取25 kN/m3；LK為端面距，取0.3 m；LD為頂梁長度，取4.6 m；LJ為采煤機截深，取0.8 m；B 為支架寬度，取1.5 m。

將相關(guān)參數(shù)代入式（2）、式（3）得：P=4035.6 kN。

經(jīng)計算，ZF8000/18/35D 型低位放頂煤液壓支架和ZFG8000/22/38D 型過渡支架可以滿足回采工作面頂板支護要求。

3 工作面頂板控制、兩順槽及端頭控制

3.1 工作面頂板控制

工作面切眼布置ZF8000/18/35D 型低位放頂煤液壓支架127架，ZFG8000/22/38D型過渡支架機頭4 架、機尾3 架，ZRL11620/22/38D 擋矸支架1 組。對頂板實行全部垮落法控制，最大控頂距5700 mm、最小控頂距4900 mm，正常情況下，隨采煤機向前割煤，距機組前滾筒跟機移架支護已暴露的頂板或頂煤。當(dāng)工作面局部頂煤不穩(wěn)定，產(chǎn)生片幫、冒頂時，應(yīng)立即停止割煤，及時將支架護幫板翻轉(zhuǎn)，臨時支護好頂板，控制冒頂范圍的繼續(xù)擴大，工作面機道梁端至煤壁頂板垮落高度不得大于300 mm，如超過300 mm 時，采取穿插鋼管的辦法控制頂板。

3.2 兩順槽及端頭控制

為確保工作面上、下兩出口暢通，在3202 進風(fēng)順槽距工作面煤壁不少于50 m 范圍內(nèi)進行超前支護；3202 運輸順槽內(nèi)距工作面煤壁不少于30 m 范圍內(nèi)進行超前支護；在回采初期3202 運輸順槽留巷段滯后工作面400 m 范圍進行持續(xù)支護，待一、二次壓力顯現(xiàn)穩(wěn)定過后，滯后工作面不少于300 m。

3.2.1 機尾端頭支護

機尾端頭支護采用超前支護延伸至機尾進行支護，前、后煤溜機尾上方頂板采用雙根4.4 mπ 型鋼梁配合使用單體液壓支柱邁步進行支護，支護方式為“一梁三柱”，如圖1 所示。

圖1 端頭支護斷面（單位：mm）

機尾端密集擋矸支護：在進風(fēng)順槽內(nèi)工作面后部刮板輸送機機尾，7 號過渡支架側(cè)幫板與巷道煤壁（混凝土墻）之間，為防止采空區(qū)內(nèi)冒落矸石或碎煤竄出傷人，必須采用一排DW-31.5 型（DW-25 型）單體液壓支柱配合木托板垂直頂板支設(shè)一排密集擋矸支柱，相鄰柱距最大不得大于200 mm，防止矸石竄入。為確保密集柱既能起到擋矸作用，又能防止采空區(qū)頂板垮落后撲倒密集柱竄入后部溜機尾傷人，要求對每一根密集柱采取防倒柱措施，懸掛防倒柱鏈。若防倒柱小鏈懸掛方便，應(yīng)盡量鉤掛在附近的鋼筋梯或支架側(cè)幫板上。若無條件時，應(yīng)將防倒柱小鏈穿入頂網(wǎng)至少2～3 孔進行懸掛防倒，并進行密集柱之間相互鉤掛，確保密集柱支護牢固可靠；如遇機尾采空區(qū)懸頂超過10 m 時，應(yīng)及時采取相應(yīng)措施；機尾3 架過渡支架頂部，采用每割一刀煤鋪設(shè)一道5.5 m×1.1 m 金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)長邊、短邊搭接100 mm，用于控制后端頭頂部。

3.2.2 實體煤段超前支護

在3202 進風(fēng)順槽超前工作面煤壁不少于50 m范圍內(nèi)在巷道采用支設(shè)五排DW42-250/110X（DW-31.5、DW-25）型單體液壓支柱配合1.0 m 鉸接梁進行支護，鉸接梁上方使用小方木或耙頭等木質(zhì)材料墊實，第一排單體液壓柱距巷道東幫300 mm，第二排單體液壓柱距第一排液壓柱850 mm，第三排單體液壓柱距第二排單體液壓柱1300 mm，第四排單體液壓柱距第三排單體液壓柱1000 mm，第五排距第四排900 mm，距巷道西幫850 mm，柱距1000 mm。

3.2.3 留巷段超前支護

3202 進風(fēng)順槽留巷段超前支護使用四排DW42-250/110X（DW-31.5）型單體液壓支柱配合1.0 m鉸接梁進行支護，鉸接梁上方使用小方木或耙頭等木質(zhì)材料墊實，第一排單體液壓柱距巷道東幫300 mm，第二排單體液壓柱距第一排液壓柱650 mm，第三排單體液壓柱距第二排單體液壓柱1300 mm，第四排單體液壓柱距第三排單體液壓柱1000 mm，距巷道混凝土墻550 mm，柱距1000 mm。

4 運輸順槽補強支護

根據(jù)沿空留巷段巷道壓力顯現(xiàn)情況，適當(dāng)將3202 運輸順槽的頂板錨索由基本支護3-2-3 補強為4-2-4 布置形式，即見3 補1 形成4，施工范圍在超前支護外端至轉(zhuǎn)載機機頭，進行施工。施工方法為在巷道頂板靠西幫側(cè)長鋼帶附近（見圖2），距巷道西幫1650 mm 左右位置打錨索，具體施工位置可根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活調(diào)整，但不能小于1400 mm。施工采用MQT-130/3.0 型氣動式頂錨鉆機，配合配套的鉆桿、鉆頭進行施工。錨索布置方式為在運輸順槽頂板距西幫1650 mm的位置，垂直頂板補打一根Φ22 mm×8400 mm 的錨索，同時補打錨索位置應(yīng)與短鋼帶靠西幫支護錨索成一直線。當(dāng)錨索支護位置被鋼帶占用時，應(yīng)讓開鋼帶，就近支護，不得破壞鋼帶。錨固參數(shù)為每根錨索使用1 支K2335 型和3 支Z2360 型錨固劑進行錨固（共4 支錨固劑），保證預(yù)緊力矩不小于200 kN。補打錨索完成后等待至少15 min，再安裝錨索托盤，并按要求加裝好錨索防射裝置。如遇錨索支護不合格時，需在300 mm 范圍內(nèi)合適位置進行補打錨索，確保支護效果良好。

圖2 西幫側(cè)補強支護俯視圖（單位：mm）

3202 工作面煤壁線以外順槽東幫使用Ф17.8mm×5400 mm 型錨索和配套的托盤、錨具進行補強支護，支護應(yīng)隨著工作面回采持續(xù)進行，直至3202 工作面回采結(jié)束，采用MQTB-85/2.0 型氣動支腿式幫錨鉆機，配合B19 型中空六棱鉆桿和配套的Φ25 mm 鉆頭進行施工。錨索布置方式為每2 排幫錨中間補打1 根錨索，錨索間隔交錯布置，垂直煤壁進行支護，錨索排距為950 mm。錨索支護采用1 支K2335 型和2 支Z2360 錨固劑進行錨固，保證預(yù)緊力矩不小于120N·m，錨固力不小于120 kN。確定眼位后將煤幫進行破網(wǎng)，破網(wǎng)長度不得大于200 mm，錨索支護好后安裝托盤前，及時補聯(lián)好金屬網(wǎng)，補聯(lián)網(wǎng)時扎結(jié)距不得大于100 mm，扎結(jié)要牢固可靠。遇煤幫片幫，錨索托盤無法直接緊貼煤幫時，要使用小方板或耙頭墊實，保證錨索護幫有效。

3202 工作面回采期間，滯后壓力顯現(xiàn)時若發(fā)現(xiàn)墻體向采空區(qū)繼續(xù)傾斜，必須采取墻體底部三角區(qū)打撞三角木楔和墻體與煤幫間打設(shè)木料橫撐、橫撐上再打壓柱措施，可預(yù)防滯后壓力造成的墻體傾斜、底鼓問題出現(xiàn)。

留巷復(fù)用時若底鼓繼續(xù)加劇影響巷道使用時，可在超前工作面80 m 外在底板上開槽，埋設(shè)大板梁，大板梁采用直徑不小于200 mm 的落葉松圓木將兩對稱面削平而成，板梁厚度不宜小于150 mm，大板梁長度根據(jù)進風(fēng)順槽實際寬度現(xiàn)場制作。大板梁一端緊靠實體煤幫，另一端緊貼柔模墻。大板梁兩端通過木板和木楔與墻（幫）楔緊，保證大板梁橫撐有力，限制墻體底部向巷內(nèi)位移。大板梁上預(yù)留用于固定大柱鞋的限位裝置。當(dāng)空間有限，施工整條大板梁困難時，可將工字鋼底梁與小段大板梁對接施工，兩端同樣與墻（幫）楔緊。

5 結(jié)語

山西某礦3202 綜放工作面沿空留巷，設(shè)計了沿空留巷頂板控制、兩順槽及端頭控制方案和錨索補強支護方案，通過工程實踐。工作面進風(fēng)順槽不少于50 m超前支護完好，運輸順槽不少于30 m 超前支護完好；運輸順槽在回采初期滯后工作面臨時支護不少于400 m，能夠滿足工作面的生產(chǎn)要求。