綜采工作面托頂煤順槽超前支護(hù)技術(shù)研究

呂東輝 李現(xiàn)樸

（河南能源化工集團(tuán)禹州棗園煤業(yè)有限公司，河南 禹州 461670）

超前支護(hù)段的巷道是采煤工作面重要的安全出口，傳統(tǒng)的綜采工作面端頭及超前支護(hù)大多采用單體柱配π型鋼梁支護(hù)，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、所需單體柱及π型鋼梁多、支護(hù)強(qiáng)度低、維護(hù)成本高、煤機(jī)等待時(shí)間長等諸多問題。為此，研究和改進(jìn)綜采工作面超前支護(hù)狀況，是提高綜采工作面安全程度的重要途徑。在22071順拉綜采工作面中部順槽超前支護(hù)中，采用錨網(wǎng)索+端頭及順槽超前液壓支架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，取得了良好的支護(hù)效果。

1 工程概況

棗園煤業(yè)是禹州礦區(qū)云蓋山井田的一部分，主采二1煤層。22071中部順槽為22071順拉綜采工作面的中間巷，該巷將22071綜采工作面分為上下兩段，擔(dān)負(fù)著采面上段運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)、敷設(shè)管（線）路、輔助運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)并兼做采面安全出口。該巷沿二1煤層底板掘進(jìn)，二1煤層硬度系數(shù)0.11～0.37，煤層厚度0.1～9.5m。二1煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖,直接頂為中粒砂巖,基本頂為細(xì)粒砂巖；偽底為炭質(zhì)泥巖，直接底為炭質(zhì)泥巖及泥巖。中部順槽采用36U型鋼棚支護(hù)，設(shè)計(jì)斷面形狀為半圓拱形，凈寬4m，凈高3.1m，凈斷面10.9m2。原超前支護(hù)采用單體柱配π型鋼梁架棚替換原U型鋼棚的方式，巷道變形極其嚴(yán)重，支護(hù)段斷面已不足7m2。為此，在中部順槽超前段試用錨網(wǎng)索+端頭及順槽超前液壓支架聯(lián)合支護(hù)方式。

2 聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

2.1 端頭及順槽超前液壓支架

端頭及順槽超前液壓支架結(jié)構(gòu)是支架穩(wěn)定性的關(guān)鍵，研發(fā)了適合順槽支護(hù)的端頭及超前液壓支架，兩種架型均采用四連桿結(jié)構(gòu)，兩架一組。超前液壓支架與端頭支架采用底座推移千斤頂連接，以適應(yīng)頂板起伏的需求，并采用雙伸縮立柱以加大對巷道高度的適應(yīng)能力。

（1）端頭液壓支架。型號(hào)為ZT12800/17.5/35，支架高度1.75～3.5m，初撐力10464kN，工作阻力12800kN。采用中置式設(shè)計(jì)，中部順槽轉(zhuǎn)載機(jī)布置在兩架底座中間。頂梁和底座均采用前后鉸接式，以適應(yīng)頂板起伏變化，架與架之間采用底座推移千斤頂連接，行程700mm，適應(yīng)采面推采步距600mm的需求。

（2） 超 前 液 壓 支 架。 型 號(hào) 為ZQ256000/17.5/35，支架高度1.75～3.5m，初撐力1308kN，工作阻力25600kN。頂梁采用前后鉸接式結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)頂板起伏變化。架與架之間采用底座推移千斤頂連接，頂部采用中間伸縮梁連接，該架型主要由金屬結(jié)構(gòu)件、液壓元件、導(dǎo)桿、銷軸等幾部分組成。主體結(jié)構(gòu)件有前頂梁、中頂梁、后頂梁、斜梁、前后連桿、左右底座，防護(hù)裝置主要有側(cè)板、中間梁、中間伸縮梁、前梁一、前梁二、后伸縮梁等，液壓系統(tǒng)主要有立柱、各種千斤頂、液壓控制元件（換向閥、液控單向閥、安全閥等）、液壓輔助元件（膠管、彎頭、接頭等）。

2.2 支護(hù)形式及參數(shù)

（1）端頭及順槽超前液壓支架布置方式

22071綜采工作面為順拉分運(yùn)工作面，上下兩段交替推采，22071中部順槽安設(shè)型號(hào)為SZZ-630/90轉(zhuǎn)載機(jī)配型號(hào)為SSJ-800/2×75的膠帶輸送機(jī)擔(dān)負(fù)著采面上段的運(yùn)輸任務(wù)。

端頭及順槽超前液壓支架分別布置在轉(zhuǎn)載機(jī)兩側(cè)，轉(zhuǎn)載機(jī)上側(cè)為非行人側(cè)，轉(zhuǎn)載機(jī)下側(cè)為行人側(cè)。非行人側(cè)在滿足支護(hù)要求及檢修距離情況下，盡可能縮小跨度以減少垂直應(yīng)力的影響，故非行人側(cè)超前液壓支架的上側(cè)護(hù)板暫不使用，僅使用下側(cè)護(hù)板；行人側(cè)超前液壓支架需滿足行人的需要，故兩側(cè)護(hù)板正常使用。

（2）端頭及順槽超前液壓支架支護(hù)距離

結(jié)合中部順槽礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及設(shè)備布置距離，端頭及順槽超前液壓支架支護(hù)距離應(yīng)超前于轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭。因中部順槽轉(zhuǎn)載機(jī)長度為27m，據(jù)此，22071中部順槽超前支護(hù)段從切頂線向外依次布置3組端頭支架、4組超前液壓支架，合計(jì)長度36.975m，滿足了超前支護(hù)距離的要求。

（3）錨索

根據(jù)中部順槽超前支護(hù)段托頂煤厚度，確定頂部錨索長度，保證錨索能穿過頂部煤層，錨入穩(wěn)定砂巖中，且不得小于4m。錨索直徑18.9mm，頂部采用錨索梁配金屬網(wǎng)、塑編網(wǎng)支護(hù)，金屬網(wǎng)規(guī)格為2000mm×700mm，網(wǎng)格規(guī)格為60mm×60mm，塑編網(wǎng)規(guī)格為2000mm×700mm。頂部錨索梁采用廢舊的工字鋼加工而成，一梁兩索，交錯(cuò)布置。為避免拉移支架破壞錨索，影響支護(hù)強(qiáng)度，錨索眼間距應(yīng)大于超前支架的最大支護(hù)寬度。上側(cè)超前支架的最大支護(hù)寬度為1.33m，故頂板上側(cè)錨索梁的錨索眼間距為1.7m，錨索梁長度為2.1m；下側(cè)超前支架的最大支護(hù)寬度為1.83m，故頂板下側(cè)錨索梁的錨索眼間距為2.1m，錨索梁長度為2.6m；兩根錨索梁交錯(cuò)距離為0.2m。為防止幫鼓變形，幫部根據(jù)需要，在距底板1.4m處打設(shè)錨索梁加強(qiáng)支護(hù)，錨索梁長度2.6m，錨索眼間距1.8m，一梁兩索，錨索規(guī)格Φ18.9mm×4000mm，錨索預(yù)緊力不小于23MPa。

（4）錨桿

為便于采煤機(jī)截割，綜合考慮成本、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支護(hù)周期（不超過1個(gè)半月），確定采用全螺紋玻璃鋼錨桿配金屬網(wǎng)支護(hù)幫部。金屬網(wǎng)規(guī)格為2000mm×700mm，網(wǎng)格規(guī)格為60mm×60mm；玻璃鋼錨桿采用Φ16mm×2000mm，每根錨桿配2支MSK2335型錨固劑，錨桿扭矩不小于40N·m，錨桿間排距為700mm×600mm。在幫部增加鋼帶支護(hù)，錨桿打設(shè)在鋼帶規(guī)定眼距內(nèi)，鋼帶采用M型鋼帶，長度2.4m。

支護(hù)斷面示意圖如圖1所示。

圖1 支護(hù)斷面示意圖

3 施工工藝

（1）先用單體柱配π型鋼梁架棚替換22071中部順槽超前支護(hù)段的U型鋼棚支護(hù)，擴(kuò)大斷面，破除原巷的圍巖松動(dòng)圈，棚距與錨索梁排距一致均為600mm。架棚時(shí)，先采用單體柱配π型鋼梁、金屬網(wǎng)、塑編網(wǎng)支護(hù)頂部，一梁四柱，再刷幫至設(shè)計(jì)規(guī)格，最后打設(shè)玻璃鋼錨桿支護(hù)幫部。

（2）在頂部π型鋼梁棚距內(nèi)打設(shè)錨索梁支護(hù)頂板。為便于平行作業(yè)且能保證支護(hù)強(qiáng)度，錨索梁支護(hù)滯后迎頭1～2棚。

（3）支護(hù)循環(huán)。錨網(wǎng)索支護(hù)超前于超前液壓支架支護(hù)距離過長時(shí)，造成錨網(wǎng)索支護(hù)等待時(shí)間長，不利于頂板管理，過短則無法平行作業(yè)。綜合考慮后，確定錨網(wǎng)索支護(hù)超前于超前液壓支架的1.2～3m。

4 礦壓觀測結(jié)論

對中部順槽端頭及超前液壓支架立柱的柱壓進(jìn)行了觀測，記錄了初撐力、工作阻力及峰值壓力，繪制支架立柱峰值壓力變化曲線，如圖2所示。

從圖中可以看出：端頭1架柱壓高，說明該架支承壓力大，這是由于采面上下段因煤層傾角的影響，造成推采不同步，產(chǎn)生錯(cuò)矩，無法直線性的切斷中部順槽頂板，致使該處形成應(yīng)力集中區(qū)。超前1架與超前3架柱壓增大，其余支架柱壓較低，說明超前液壓支架受采動(dòng)影響，壓力峰值集中在超前1架與超前3架后，壓力逐漸降低。

圖2 支架立柱峰值壓力變化曲線

結(jié)果表明，22071中部順槽超前支護(hù)段采用端頭及超前液壓支架后，完全能滿足頂板支護(hù)需求。