破碎頂板條件下留巷單元支架的應用研究

何 葛

（鄂托克前旗長城六號礦業有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016299）

礦井開采的3 層煤：平均厚度2.58m，屬于穩定煤層。煤層產狀變化不大，基本穩定，無明顯次一級褶曲。煤層直接頂為厚度5.8m 的砂質泥巖，老頂為厚度12m 的細砂巖，直接底為厚度2.6m 的粉砂巖。礦井1 采區為雙翼采區，工作面走向長度980m～1100m。工作面采用單一走向長壁后退式采煤法，工作面采用MG300/730-WD1 交流電牽引采煤機螺旋滾筒截割落煤，SGZ730/2×315 刮板運輸機、SZZ1000/700 轉載機、DSJ120/100/2×250 膠帶運輸機運煤，ZY6800/20/40D 型支架支護頂板，1304 運輸巷使用ZQ3200/18/36 型單元支架留巷后支護頂板。

1 巷道支護參數

巷道采用“錨網帶+錨索”支護頂板。頂板采用φ22×L4300mm 礦用錨索，兩幫φ22×L2400mm 錨桿，采用加長錨固方式，每根錨桿消耗3 支MSK2835 型樹脂藥卷，錨索外露長度為150mm～250mm，頂板5 根錨索配（4200/1600×280×3mm）W 鋼帶加（300×300×16mm）錨索盤與鋼筋網支護，間排距為1300×1200mm。上幫6 根錨桿配W 鋼帶盤（2000/400×280×3mm）配（150×150×10mm）鋼托盤與菱形網支護，錨桿間排距為850×1200mm。下幫3 根W 鋼帶（1600/400×280×3mm）配錨桿托（150×150×10mm）的鋼托盤與菱形網支護，錨桿間排距為1000×1200mm。錨索張拉力不小于200KN，錨桿的錨固力不低于152KN[1]。

2 沿空留巷切頂施工方案及工藝

2.1 沿空留巷巷道補強支護參數

因3 煤層直接頂為炭質泥巖，厚度為6.5m，老頂為粉砂巖、泥巖，厚6.5m[2]，為保證錨索錨固端穩定在堅硬巖石中，錨索最短長度取8.3m，考慮到切縫參數及巷道原設計支護方式，恒阻大變形錨索直徑取為22mm，長度取為11300mm，恒阻器長500mm，外徑79mm，最大允許變形量350mm，恒阻值為30±2t，錨固力不小于200KN。托盤規格300mm×300mm×16mm，中間擴孔直徑100mm±1mm[3]。

2.2 頂板預裂切縫設計方案

補強支護超前工作面不小于200m，施工預裂鉆孔在補強支護掩護下進行，距補強支護不小于20m，預裂爆破超前工作面不低于75m。

2.3 1304 工作面留巷單元支架應用研究

2021 年與鄭煤機合作研發了ZQ3200/18/36 型單元支架，2022 年3 月份安裝在1304 工作面留巷段（距離切眼120m～140m 位置），共計安裝了9 架。

3 礦壓觀測驗證留巷單元支架支護效果

2022 年3 月份安裝在1304 工作面留巷段（距離切眼120m～140m 位置），設置了圍巖觀測點進行數據分析。

1304 運輸巷沿空留巷段圍巖變形觀測結果表明：（1）面后78m 范圍內為留巷段圍巖快速變形階段，進入面后105m 以后，留巷段圍巖變形趨于穩定；（2）留巷幫移近量明顯大于實體幫移近量，底鼓量明顯大于頂板下沉量；（3）留巷段兩幫最大移近量小于200mm，頂板下沉量小于150mm，能夠滿足留巷要求；（4）留巷段圍巖變形主要表現為底鼓，與底板為砂質泥巖有關，但與單體液壓支柱+π型鋼梁支護形式相比，底鼓量大幅減小[4]。

表1 留巷單元支架與傳統單體支柱留巷支護對比分析表

圖1

1304 運輸巷沿空留巷段10#測站單元支架工作阻力變化曲線。9#測站處單元支架的初撐力達到2000kN，在進入面后32m 后，其工作阻力迅速上升，在進入面后63m 時，工作阻力達到額定工作阻力，直到進入面后193m 時，工作阻力穩定在3000kN；10#測站處單元支架的初撐力僅有350kN，進入面后47m 后，其工作阻力迅速上升，在進入面后78m 時，工作阻力達到額定工作阻力，此后不斷降低和升高，直到進入面后204m時，工作阻力穩定在 3200kN[5]。

4 總結

1304 運輸巷沿空留巷段單元支架工作阻力觀測結果表明：（1）單元支架的初撐力越高，越能夠及早發揮作用；（2）初撐力合格情況下，單元支架進入面后193m 后，其工作阻力就趨于穩定，且穩定后工作阻力較小，相反，初撐力偏低情況下，單元支架工作阻力穩定時進入面后的距離較大，且穩定后工作阻力較大；（3）結合9#、10#測站圍巖變形觀測結果可以看出，單元支架的初撐力越高，越有利于控制圍巖變形。

圖2 1304 運輸巷沿空留巷單元支架段圍巖變形觀測曲線

圖3 1304 運輸巷沿空留巷9#段單元支架工作阻力變化曲線

總體來看，ZQ3200/18/36 型單元支架適用于1304運輸巷沿空留巷段臨時支護。采用ZQ3200/18/36 型單元支架進行臨時支護情況下，留巷段圍巖變形量減小，留巷空間滿足現場要求。