綜采工作面超前支護措施研究與應用

劉 森

（西山煤電集團馬蘭礦，山西 古交 030205）

綜采工作面回采過程中受構造應力、采動壓力等影響，工作面前方出現超前支撐壓力，工作面順槽頂板超前壓力顯現更為明顯，經常出現頂板下沉、底鼓等現象，若不及時采取合理的支護措施，不僅影響工作面正常回采，還加大了超前支護難度，威脅著工作面安全生產。本文以28302工作面回風順槽為研究對象，分析了回風順槽原支護設計，提出了合理有效的超前支護措施，保證工作面安全回采。

1 概 述

西山煤電集團馬蘭礦28302工作面位于井田北三盤區，工作面走向長度為1200m，傾向長度為178m，工作面回采煤層為8#石炭系煤層，煤層平均厚度為4.0m，采用綜合機械化后退式回采工藝。28302工作面回風順槽（502巷）位于工作面北側，巷道斷面規格為寬×高=4.2×3.5m，502巷直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為3.7m，該巖石層呈層狀結構，性脆，在外力作用下很容易出現斷裂。基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為5.9m。根據馬蘭礦地測科提供資料顯示，28302工作面在回采期間共揭露27條正斷層，斷層平均傾角為47°，平均落差為0.6m。受構造應力、采動應力以及上覆巖層自重作用，采空區垮落后工作面超前支撐壓力加大，主要表現在煤壁片幫、端面頂板破碎、回風順槽頂板下沉、底板鼓起、巷幫破碎嚴重等現象，威脅著工作面安全生產。

2 502巷原支護設計及效果分析

2.1 502巷原支護設計

（1）頂板永久支護。頂板采用錨桿、錨索、鋼帶、金屬網等聯合支護方式，頂板錨桿長度為2.0m，每排施工4根錨桿，錨桿間排距為1250×1200mm，每排錨桿配套一根鋼帶，鋼帶長度為4.0m。頂板錨索采用長度為5.3m，Ф21.6mm預應力鋼絞線，每排施工兩根，錨索間距為2.5m，排距為3.0m。

（2）支設木柱。巷道頂板永久施工完后，從工作面煤壁往外30m范圍支設木柱，木柱長度為3.5m，Ф300mm，每排支設3根，間距為1.5m，排距為2.0m。

（3）護幫支護。502巷兩幫采用三排“Ф20×2000mm螺紋鋼全長錨固樹脂錨桿+金屬菱形網”支護，錨桿間排距1000×1200mm，矩型布置，最上排幫錨桿距頂板0.4m。

2.2 502巷頂板礦壓觀測

502巷頂板采用安裝LBY-2H型頂板離層監測儀進行礦壓觀測，工作面煤壁往外30m范圍內每隔15m安裝一個離層儀，超過30m每隔50m安裝一個離層儀。每班安排專人觀測離層儀數值變化并進行記錄。

2.3 502巷頂板支護效果分析

工作面在回采期間，502巷超前工作面30m范圍內頂板出現下沉、巷道變形現象，當采空區垮落后，頂板下沉量較大，不能滿足實際生產需要。當工作面揭露斷層時，502巷頂板出現局部破碎、頂板鼓起、巷幫片幫嚴重、頂板部分錨桿出現折斷、巷道內木柱出現斷裂等現象，巷道最低高度為2.4m，頂底板最大移近量達1.1m，影響巷道行人、物料運輸以及設備管理等，威脅著工作面安全生產。

3 502巷超前支護措施改進

為了提高502巷頂板穩定性，減少巷道頂板下沉、底鼓、片幫等現象，決定對502巷進行起底、施工泄壓孔、架設工字鋼棚以及施工邁步式錨索等支護。

3.1 起底、施工泄壓孔

（1）起底。對502巷底鼓部分進行起底，保證巷道保持設計高度，巷道起底深度為0.5m，起底后確保底板平整。起底時采用風鎬、洋鎬等工具進行人工起底，嚴禁采用爆破施工工藝。

（2）泄壓孔施工。為避免工作面回采期間502巷頂板出現超前壓力集中現象，在502巷頂板施工泄壓孔，泄壓孔垂直頂板布置，泄壓孔直徑為60mm，孔深為4.0m，每排施工兩個，孔間距為2.0m，每割5m施工一排泄壓孔。

3.2 架設工字鋼棚

（1）502巷架設的工字鋼棚為矩形斷面，棚高為3.5m，棚寬為4.2m，每架鋼棚主要由兩節棚腿和一節頂梁組成，棚腿與頂梁之間采用卡纜固定。

（2）工字鋼棚間距為1.5m，相鄰兩架鋼棚頂梁之間鋪設長度為1.7m，寬度為0.3m，厚度為0.05m木板，木板鋪設后確保木板與頂板接觸嚴實。

（3）為保證相鄰兩架鋼棚起到聯鎖穩固作用，在相鄰兩架鋼棚棚腿之間安裝兩組拉桿，同時防止502巷頂板壓力集中過大造成鋼棚頂梁出現變形彎曲現象，在鋼棚架設后在每架鋼棚頂梁下方支設兩根單體液壓支柱，支柱間距為2.0m，如圖1所示。

圖1 馬蘭礦502巷超前支護斷面示意圖

3.3 邁步式護幫支護

為了避免巷道頂板壓力過大造成巷道兩幫出現變形、片幫現象，決定對502巷工作面一側巷幫施工加長邁步式玻璃鋼錨桿，另一幫部施工邁步式錨索。

（1）502巷工作面側煤壁施工玻璃鋼錨桿長度為3.0m，錨桿直徑為20mm，共施工四排支護，錨桿間排距為1.0m，第一排玻璃鋼錨桿施工在距巷道頂板0.5m處且相鄰兩排錨桿成邁步式布置，每根錨桿采用一塊玻璃鋼托板與煤壁預緊。

（2）煤壁對面側巷幫采用長度為5.0m，Ф17.8mm錨索進行支護，支護形式與煤壁側護幫相同成邁步式布置，每根錨索采用一根長度為0.6m工字鋼梁與巷幫進行預緊。

4 效果

502巷采取聯合超前支護措施后，工作面在回采期間有效預防頂板破碎、底板鼓起、巷幫片幫等現象，工作面在過斷層期間巷道頂底板最大移近量僅為0.3m，有效保證了工作面回采安全。