采煤工作面撤面支護(hù)技術(shù)研究

何葛 楊秀雷

【摘要】為了研究長城六礦1301N工作面安全回撤技術(shù)，采用經(jīng)驗(yàn)值、理論推理等方法對比，確定支架前方最佳端面距，根據(jù)支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化確定傾向錨網(wǎng)帶加走向錨索的支護(hù)方案，通過現(xiàn)場施工總結(jié)了回撤通道施工過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，為優(yōu)化回撤通道支護(hù)參數(shù)提供了實(shí)踐和理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】采煤工作面撤面支護(hù) ?頂板支護(hù) ?支護(hù)設(shè)計(jì)

【正文】

1.工作面概況

1301N工作面位于長城六礦一采區(qū)北翼，工作面走向長889m，傾斜寬平均為217m，采用走向長壁后退式采煤法，一次采全高，全部垮落法管理頂板。采煤工藝為綜合機(jī)械化采煤，采用ZY6800/20/40D型掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板。

2.煤層及頂?shù)装迩闆r

3煤層頂板由下向上依次為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，厚度分別為 5.8m、12m。其中砂質(zhì)泥巖深灰色，灰黑色，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，主要成份為泥質(zhì)物，粉砂占25%左右;細(xì)砂巖灰白色，中細(xì)砂粒狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，主要成份為石英，層面白云母富集，含有泥質(zhì)條帶。根據(jù)下巷及上巷實(shí)際揭露，煤層頂板局部存在含泥巖偽頂，厚度0.20～0.60m，平均厚度0.40m，易隨開采冒落。

3煤層直接底板為粉砂巖，厚度為 2.6m 左右;粉砂巖，灰色、深灰色， 含少量植物化石碎片，夾薄層細(xì)砂巖條帶，局部有水平層狀層理。粉砂巖（泥巖）堅(jiān)固性系數(shù)為5～6，炭質(zhì)泥巖堅(jiān)固性系數(shù)為4～5。

撤面通道寬度設(shè)計(jì)

3.1根據(jù)管理規(guī)定測算

《綜采工作面設(shè)備安裝、撤除管理規(guī)定》中端面距的確定相關(guān)規(guī)定如下：

支架到位后，頂板條件破碎、有臺階等等情況時(shí)，按照以下條件準(zhǔn)備：最大支護(hù)高度小于3m的掩護(hù)式液壓支架頂梁前端至煤壁的端面距不小于支架底座箱長度1.2倍;最大支護(hù)高度大于3m的掩護(hù)式液壓支架頂梁前端至煤壁的端面距不小于支架底座箱長度的1.4倍;放頂煤支架頂梁前端至煤壁的端面距不小于支架底座箱長度的1.6倍。頂板條件好或使用多個(gè)掩護(hù)架及多通道撤除等特殊工藝撤面時(shí)，端面距由專業(yè)化公司和礦方共同確定。

端面距測算值：

ZY6800/20/40型液壓支架（端頭架）：端面距3750mm;

3.2按機(jī)械化撤除方案測算

1.測算標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)械化撤除敷設(shè)重軌，軌距2100mm，回撤調(diào)向平臺寬度2500mm，支架底座與回撤調(diào)向平臺保留200mm安全間隙。垂直煤壁將支架底座中心拖至回撤調(diào)向平臺中心，旋轉(zhuǎn)90°后，向上牽引撤除支架（未考慮上部支架對回撤支架運(yùn)輸影響）。

2.端面距測算值：

ZY6800/20/40型液壓支架：端面距3320mm;

3.3施工單位經(jīng)驗(yàn)值

ZY6800/20/40型液壓支架：端面距3500mm;

綜合分析按照撤面通道最大值支架前方端面距3750mm進(jìn)行計(jì)算。

4.撤面通道頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

1301N撤面通道斷面為矩形，采用錨網(wǎng)帶支護(hù)，斷面為凈寬×中凈高=3.75m×3.0m。

附：撤面通道頂板支護(hù)圖

4.1支護(hù)方式

4.1.1臨時(shí)支護(hù)：

人員站在安全地點(diǎn)，首先用長度不低于2.5m的專用工具由外向里進(jìn)行“敲幫問頂”，處理懸矸危巖，執(zhí)行《煤礦安全技術(shù)操作規(guī)程》掘進(jìn)部分錨桿支護(hù)工有關(guān)規(guī)定。煤機(jī)割煤后每組施工人員間距10m。首先使用全螺紋式玻璃纖維樹脂錨桿增強(qiáng)塑料桿體 MSGL–20×2000F 托住敷設(shè)的菱形金屬網(wǎng)支護(hù)好施工段頂板，幫部打設(shè)二根全螺紋式樹脂錨桿間距2.5m。頂板下來1.5m打設(shè)第一根全螺紋式玻璃纖維樹脂錨桿，地板起來0.3m打設(shè)第二根全螺紋式玻璃纖維樹脂錨桿。當(dāng)支架停止前移或護(hù)幫板護(hù)不到煤壁子時(shí)，使用全螺紋式樹脂錨桿護(hù)緊煤壁。人員在臨時(shí)支護(hù)的掩護(hù)下進(jìn)行永久支護(hù)施工。

4.1.2永久支護(hù)：

采用梯形斷面錨網(wǎng)帶支護(hù)，具體參數(shù)見支護(hù)設(shè)計(jì)。

4.1.3支護(hù)設(shè)計(jì)

1、按懸吊理論計(jì)算錨桿參數(shù)（按最大斷面計(jì)算）：

（1）錨桿長度L=L1+L2+L3

式中

L1：錨桿外露長度，一般取0.10m;

L2：錨桿有效長度，m;

L3：錨桿錨固長度，取0.7m。

取9煤硬度系數(shù)f=3，

L2=B/2f=5.4/6=0.9（m）

L=L1+L2+L3=1.7m

結(jié)合《掘進(jìn)技術(shù)管理規(guī)定》，L長度大于1.73米能滿足支護(hù)要求，取2.4m，即L=2.4m。

（2）錨桿直徑

根據(jù)桿體承載力與錨固力等強(qiáng)原則計(jì)算桿體直徑D：

D=35.25×

D煤體=16.11

D巖石=21.95

式中

Q：由拉拔試驗(yàn)確定的錨固力（kN），巖石中取130kN、煤體中取70kN;

σt：桿體材料的抗拉強(qiáng)度（MPa），等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿要求σt≥335MPa。

根據(jù)計(jì)算取錨桿直徑D=22mm。

（3）錨桿間排距

根據(jù)每根錨桿懸吊的巖重，計(jì)算錨桿的間排距e、i（m），通常按錨桿等距排列：

e=i=

式中

K：錨桿安全系數(shù)，一般取1.5-2.0，取K=2;

γ：巖體容重，kN/m3。

e煤體= =1.38m

e巖石= =1.89m

錨桿間排距取1000×1200mm。

通過以上計(jì)算及《掘進(jìn)技術(shù)管理規(guī)定》要求，采用“錨網(wǎng)帶”支護(hù)。1-1斷面采用直徑22mm、長度2400mm的金屬全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，頂板及兩幫錨桿間排距按1000×1200mm布置。

3、按《煤層巷道圍巖分類結(jié)果及合理支護(hù)技術(shù)選擇》中分類結(jié)果采用類比法進(jìn)行選擇套用，斷面選擇以下支護(hù)方法：

頂板支護(hù)方式：金屬全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿+菱形網(wǎng)+W鋼帶（5眼）。

4、當(dāng)頂板破碎時(shí)，使用錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索選用直徑17.8mm、長度6.5m的鋼絞線。間排距2.4m×2.0m布置，錨索布置在兩排錨桿中間位置，同時(shí)縮小錨桿間排距至1000×1000mm。

5.施工方案：

5.1工作面距停采線17m開始鋪金屬網(wǎng)，頂板鋪雙層金屬網(wǎng)至第一排錨帶網(wǎng)支護(hù)處，第一排錨帶網(wǎng)支護(hù)處至停采線頂板鋪單層金屬網(wǎng)。停采時(shí)，煤壁掛單層金屬網(wǎng)至底板。

5.2距停采位置7.2m并且采空區(qū)內(nèi)菱形網(wǎng)必須垂至于底板時(shí)，開始進(jìn)行錨帶網(wǎng)支護(hù)。頂板采用7排錨網(wǎng)帶、3排錨索配錨索盤聯(lián)合支護(hù)的方法支護(hù)，錨桿采用五花布置;1-4排鋼帶排距1200mm，錨桿間距為1000mm，4-7排鋼帶排距1100mm，錨桿的間距為1000mm。第4排錨桿打設(shè)完畢后，按設(shè)計(jì)位置距停采線3050mm打設(shè)第1排錨索，第5排錨桿打設(shè)完畢后，按設(shè)計(jì)位置距停采線1950mm打設(shè)第2排錨索，第6排錨桿打設(shè)完畢后，按設(shè)計(jì)位置距停采線850mm打設(shè)第3排錨索，三排錨索五花布置，第1、3排錨索間距3000mm（錨索規(guī)格Φ21.8。第2排錨索間距6000mm。

5.3煤壁支護(hù)：頂板錨桿、錨索全部打設(shè)完畢后，煤壁側(cè)打設(shè)3排護(hù)幫錨桿（Φ22×L2400mm右旋樹脂錨桿），第1排護(hù)幫錨桿距頂板300mm，第2排鋼帶距頂板1800mm，底排護(hù)幫錨桿距頂板3300mm，即錨桿排距為1500mm，每排護(hù)幫錨桿沿傾斜間距均2000mm。采用Φ22×L2400mm右旋樹脂錨桿配W鋼帶（規(guī)格為340×280mm×3mm）。

6.結(jié)論

6.1采用7排錨網(wǎng)帶、3排錨索配錨索盤聯(lián)合支護(hù)的方法進(jìn)行頂板支護(hù)，設(shè)備回撤過程中，在上端頭一下80-90m范圍內(nèi)出現(xiàn)了寬度20mm、長度6000mm的裂縫，應(yīng)在錨索支護(hù)基礎(chǔ)上走向布置桁架梁結(jié)構(gòu)，形成走向桁架梁與傾向錨網(wǎng)帶組成的聯(lián)合支護(hù)形式。

6.2工作面臨近停采線時(shí)，對采空區(qū)強(qiáng)制放頂，消除懸頂，減少工作面頂板壓力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡華勝，王磊，傅如聞. 基于 RBI 技術(shù)的化工裝置壓力管 道風(fēng)險(xiǎn)評估與在線檢驗(yàn)策略研究[J]. 中國安全生產(chǎn)科 學(xué)技術(shù)，2014（ 6） .

[2] 馬友魁，周連春，李曉旭. 老石旦煤礦 031604 運(yùn)輸順槽北 翼掘進(jìn)工作面瓦斯抽采的實(shí)踐[J]. 水力采煤與管道運(yùn) 輸，2014（ 1） .