梁哲

【摘 要】 綜采工作面現(xiàn)行超前支護(hù)多以單體液壓支柱配合鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)，隨著開采深度增加，其對工作面超前段的支護(hù)效果逐漸變差。因此，本文以山西某礦4102綜放工作面為工程背景，對綜采工作面回采巷道超前支護(hù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計研究。在分析4102工作面巷道現(xiàn)有地質(zhì)采礦條件及超前支護(hù)技術(shù)后發(fā)現(xiàn)支護(hù)系統(tǒng)存在支護(hù)阻力不足，難以控制巷道圍巖變形等問題，根據(jù)分析結(jié)果針對性提出使用超前注漿錨索、樹脂錨桿對頂板及兩幫分別進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計。實(shí)踐后最終巷道頂板最大下沉量僅170mm，巷道兩幫移進(jìn)量最大為144m，超前支護(hù)效果較好，能夠保證礦井安全高效生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】 綜采工作面;回采巷道;超前支護(hù);系統(tǒng)優(yōu)化;方案設(shè)計

【中圖分類號】 TD323 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）06-0018-03

據(jù)不完全統(tǒng)計，2014-2017年間發(fā)生頂板事故多達(dá)4000余起，造成傷亡人數(shù)高達(dá)300余人，綜采工作面如何有效支護(hù)已發(fā)展成為制約礦井安全高效生產(chǎn)的主要問題之一。大量科研工作者就此開展大量工作，但相關(guān)研究多集中在對工作面支護(hù)優(yōu)化及設(shè)計，對于超前支護(hù)提及較少?，F(xiàn)用超前支護(hù)方式多以單體液壓支柱配合鉸接頂梁為主，存在較大適用局限性且其安全性已難以滿足現(xiàn)行開采強(qiáng)度。因此，對于綜采工作面超前支護(hù)研究又成為重大前沿課題，大量專家學(xué)者投入大量精力進(jìn)行研究。呂東輝針對傳統(tǒng)超前支護(hù)存在問題，提出利用錨網(wǎng)索配合端頭超前支架的聯(lián)合技術(shù)來解決超前巷道在高應(yīng)力下的大變形問題。王琳等將切頂卸壓技術(shù)利用來進(jìn)行端頭超前段的卸壓支護(hù)，能夠有效阻斷應(yīng)力傳播，對超前區(qū)域進(jìn)行有效卸壓。劉森針對大傾角工作面提出利用架設(shè)工字鋼棚配合使用邁步式超長錨索支護(hù)形式對煤壁、頂板等進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。新型超前支護(hù)技術(shù)較之前技術(shù)在支護(hù)效果上已有較大改善，但其局限性仍存在，對于大采高、厚硬頂板條件下綜采工作面的超前支護(hù)技術(shù)尚不成熟，因此，本文以山西某礦4102綜放工作面為工程背景，對大采高、厚硬頂板條件下綜采工作面超前支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，以期保證礦井正常生產(chǎn)工作，并能夠?yàn)橄嗨茥l件礦井提供技術(shù)參考。

1工程概況

1.1工程地質(zhì)采礦條件

4102綜放工作面地面標(biāo)高1376.2-1408m，井下標(biāo)高920-940m，平均埋深456m，平均煤厚為5.38m，傾角1°～4°，平均3°，性質(zhì)穩(wěn)定。直接頂為15.37m的中、細(xì)砂巖，f=8，老頂為12.28m的粗、中砂巖，f=7.7，屬堅硬頂板，直接底為泥巖，厚1.3m，具體煤層頂、底板巖性柱狀圖見圖1。

1.2工作面現(xiàn)行超前支護(hù)方案

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，需進(jìn)行超前支護(hù)的距離應(yīng)大于20m，4102工作面初始支護(hù)設(shè)計方案為3柱1梁支護(hù)形式。具體布置為：單體液壓支柱配合鉸接梁（梁長1.2m），同時利用工字鋼底梁及半圓木對支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行輔助加強(qiáng)支護(hù)，每根梁上布設(shè)2根3m半圓木，共縱向布置3路，如圖2所示。

1.3現(xiàn)有支護(hù)方案存在的問題

受大采高影響，巷道圍巖承載載荷大，巷道變形嚴(yán)重，支架受力大，部分支柱出現(xiàn)壓彎、傾斜問題，部分鉸接梁銷釘錯斷失去承載能力，難以保證超前支護(hù)安全性。

傳統(tǒng)的超前支護(hù)形式支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)材料用量大且難以完全回收，特別是在承受超前支撐壓力期間，頂板下沉量大，難以維持支護(hù)效果。

超前支護(hù)區(qū)域在鉸接頂梁上設(shè)置半圓木進(jìn)行頂板加固處理，而在轉(zhuǎn)載機(jī)上的半圓木由于支護(hù)跨距及面積大，且其支護(hù)強(qiáng)度較小，一般在來壓期間會被壓彎乃至壓斷，頂板的支護(hù)效果，特別是轉(zhuǎn)載機(jī)上支護(hù)效果較差。

在支護(hù)區(qū)的安全通道內(nèi)以工字鋼作為支架底梁，通常布設(shè)在巷道底板中線方向，在進(jìn)行支護(hù)回撤時，底梁在不受壓情況下能夠發(fā)生翹起、彎折等影響工程質(zhì)量的不良事件。

2回采巷道超前支護(hù)優(yōu)化設(shè)計方案

針對現(xiàn)行超前支護(hù)方案難以滿足生產(chǎn)要求的現(xiàn)狀，為能夠在節(jié)約支護(hù)消耗基礎(chǔ)上探索出在傳統(tǒng)單體液壓支柱配鉸接頂梁形式的基礎(chǔ)上，如何更加合理地提高超前段巷道圍巖完整性及對其圍巖變形的控制效果，不少學(xué)者提出了使用注漿錨索進(jìn)行巷道超前支護(hù)，改變了圍巖完整性及受力條件，使超前巷道的穩(wěn)定性得到大大提升。因此本次對現(xiàn)行超前支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行技術(shù)革新，是基于已有超前支護(hù)系統(tǒng)，對巷道頂板采用超前注漿錨索，兩幫采用樹脂錨桿掛網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，以期保證該工作面超前支護(hù)能夠滿足生產(chǎn)要求，保障實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)，超前支護(hù)設(shè)計的具體布置方案如下。

頂板超前注漿錨桿支護(hù)方案設(shè)計。頂板加固時采用1×8股中孔注漿錨索，錨索規(guī)格為Φ21.6×5000mm，布置在鉸接頂梁之間，每排布設(shè)3根，排距設(shè)置為1800×2000mm，錨固劑為CK2355快速錨固劑2支，預(yù)緊力設(shè)計值為200kN。

兩幫錨桿支護(hù)方案設(shè)計。兩幫采用Φ18×2000mm樹脂錨桿配合鋼帶支護(hù)，均勻布置在兩幫，間排距為1000mm×1000mm，采用2335型藥卷2支，配合BHW-300-3×400mm鋼帶連接。具體布置見圖3。

3效果檢驗(yàn)

通過采用加強(qiáng)方式對超前區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化后，觀測其前方50m巷道頂板及兩幫位移變化量，并收集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，具體監(jiān)測情況見圖4。

由圖4可知，頂板下沉量與兩幫移進(jìn)量均表現(xiàn)出據(jù)煤壁距離越遠(yuǎn)變形量越小，距煤壁越近變形量越大，頂板下沉量最小為5mm，最大為170mm，兩幫移進(jìn)量最小為3mm，最大為144mm，相比之前巷道嚴(yán)重變形而言，新型超前支護(hù)系統(tǒng)已能夠滿足生產(chǎn)需求。

4結(jié)論

通過分析原有巷道地質(zhì)采礦條件及現(xiàn)有超前支護(hù)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)存在支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)阻力不足，難以控制巷道圍巖變形，導(dǎo)致巷道返修工程量大且存在重大安全隱患。在此基礎(chǔ)上提出在原有支護(hù)系統(tǒng)不變的條件下，使用超前注漿錨索、樹脂錨桿對頂板及兩幫分別進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)處理。

采用新型支護(hù)方案后，發(fā)現(xiàn)相較于之前支護(hù)系統(tǒng)，優(yōu)化后的支護(hù)方案能夠大大減小支護(hù)體支護(hù)阻力，最大程度保持超前巷道的完整性，并能夠有效控制巷道圍巖變形情況，實(shí)測發(fā)現(xiàn)巷道頂板最大下沉量僅170mm，巷道兩幫移進(jìn)量最大為144m。

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