淺議炮采工作面支護設計

申永樂，張登明

（平頂山工業職業技術學院，河南 平頂山 467000）

炮采工作面回采工藝技術裝備簡單，投資少，見效快，適應性強，操作技術易掌握，生產技術管理比較簡單。在開采邊角煤、回采煤柱、地質構造復雜區域及中小型煤礦仍在使用。本文就中平能化集團大莊礦己 18－25050工作面的支護進行了設計。

1 工作面地質情況

大莊礦己18－25050工作面位于己5采區，地面標高190～196 m，工作面底板標高－78～－86 m。走向長度495 m，傾斜長度96 m，煤層傾角2 °～4 °，煤層平均厚度1.5 m，工作面頂底板情況見表1。

表1 工作面頂底板情況

工作面沿煤層傾向布置，走向長壁一次采全高，采用全部垮落法管理頂板。

2 采煤工作面支護設計

2.1 工作面支柱規格選擇

（1）支柱最大高度計算

式中，Mmax：工作面開采范圍內的煤層最大采高，m；

Mmin：工作面開采范圍內的煤層最小采高，m；

b0：頂梁的厚度，b0＝0.1 m；

△Sx：頂板下沉量；

a0：工作面頂板備用下縮量，取a0＝0.05 m。

式中，η：頂板下沉系數，取η＝0.025；

L1：工作面頂板最大控頂距，L1＝4.2 m。

工作面選擇支柱型號規格 DZ16－300/100，支柱最大高度1.6 m大于計算所需高度1.5 m；支柱最小高度0.98 m小于計算所需支柱高度1.08 m。符合工作面使用的要求。

（3）工作面所需支柱、頂梁數量

N＝LN（L/b＋1）＝4×（96/0.6 + 1）＝644（根）

式中，LN：最大控頂距時支柱的排數，LN＝4；

L：工作面的長度，L＝96 m。

考慮工作面臨時支護、加強支護、端頭支護與備用量的要求，工作面支柱須增加 15%～20%，頂梁須增加 15%～20%。工作面須配備支柱750根，頂梁750根。

2.2 工作面頂板壓力計算

采用估算法計算頂板支護阻力，P取7倍采高巖石重力。

P＝7m r＝7×1.5×26.46＝277.83 kN/m2

式中，P：頂板壓力；

m：采高；

r：頂板巖石容重，26.46 KN/m3。

2.3 支柱有效工作阻力

采用油缸直徑為 100 mm的單體液壓支柱型號為 DZ16－30/100型。

R＝R1×K1×K2＝294×0.9×0.9＝238.14 kN/根

式中，R：支柱工作阻力，KN/根；

R1：支柱額定工作阻力，294 kN/根；K1：支柱增阻系數，取0.9；K2：支柱不均系數，取0.9。

2.4 工作面支護密度

X＝P/R＝277.83/238.14＝1.17根/m2

2.5 工作面排距柱距的確定

根據工作面條件及礦上條件，選取金屬鉸接頂梁 HDJ A－1000型。根據頂梁長確定排距a＝1 m。

柱距b＝1/ax＝1/1×1.17＝0.85 m。

選取柱距b＝600 mm，完全可以滿足支護強度及支護密度的要求。

2.6 工作面底板比壓校核

工作面使用支柱油缸直徑全部為100 mm，初撐力F＝90 KN，計算出支柱對底板的比壓P1為：

P1＝F/S1＝F/π（D/2）2＝90×103/（3.14×0.052）＝11.5 Mpa

本工作面煤層厚1.4 m，一次采全高，底板灰巖，根據地質部門提供資料，其底板比壓P2為：P2＝16～32 MPa。

由于P2> P1，單體液壓支柱不會鉆底。

2.7 兩巷超前支護設計

兩巷超前支護使用單體液壓支柱配合金屬鉸接頂梁支護，單體液壓支柱采用 DZ16－30/100、DZ22－30/300、DZ25－25/100，根據兩巷高度選擇。兩巷自煤壁向外10 m范圍內架設4排支架，加強支護。機巷靠煤壁側兩排支架采用雙圓銷頂梁，10～20 m范圍內打單排支架或單排點柱加強支護，支柱初撐力不小于60 kN。

2.8 端頭支護設計

下端頭使用雙圓銷頂梁配合單體支柱支護，數量不低于 6棚，使用時三銷（兩圓銷、一水平銷）必須齊全，支柱初撐力不小于90 kN，下超前尺寸為：長×寬×高＝4 m×3 m×1.6 m；上端頭支護同采面基本支架。

2.9 工作面采用正懸臂支護

根據頂板情況及以上計算，工作面采用正懸臂支護，即單體液壓支柱與鉸接頂梁組成齊梁直線柱，布置見圖1。

圖1 單體液壓支柱與鉸接頂梁組成齊梁直線柱布置圖

3 支護材料的選擇

根據以上計算及工作面情況選擇支護材料及規格：

（1）單體液壓支柱：DZ16－30/100型、DZ22－30/300型、DZ25－25/100型。

（2）金屬鉸接頂梁：HDJA－1000型。

（3）竹笆：長×寬＝1 100 mm×400 mm。

（4）小棍：長×直徑＝1 200 mm×（25～40）mm。

（5）擋矸簾：1 000 mm×1 500 mm。

（6）圓木：長×直徑＝2 200 mm×（160～180）mm。

（7）雜木：長×直徑＝2 000 mm×（160～180）mm。

4 結束語

通過以上設計分析及在己 18－25050工作面的實際應用，在生產過程中沒有發生頂板事故，按照以上支護設計及《作業規程》和《技術操作規程》的規定進行生產，就可保證工作面安全生產，保證支護安全。

1 王永祥、孟憲臣.煤礦開采方法［M］.北京：中國礦業大學出版社，2007