快速掘進超前臨時支護支架選型

呂懷寶

(陜西陜煤黃陵礦業有限公司， 陜西 延安 727307)

0 引言

隨著開采技術裝備的不斷發展和巷道掘進理論研究的不斷深入，快速、高效綜合掘進技術已應用于國內許多大型礦井，巷道快速掘進及成巷技術為綜采工作面快速推進和合理接續提供了基礎[1-3]。但掘進工作面端頭區域暫時尚處于空頂狀態，當地質條件較為復雜時，巷道圍巖變形量大，破碎巖塊時有垮落，給工作面安全掘進帶來一定威脅[4]。為有效地減小陜煤黃陵礦業有限公司一號煤礦807進風順槽掘進端頭區域巷道圍巖變形破壞，避免對作業人員造成威脅，同時進一步提高掘進速度，決定對掘進工作面端頭區域進行臨時支護，根據具體的地質條件對支護參數進行了設計，并對支架進行了選型分析。使用超前臨時支護支架后，有效提高了掘進工作面安全性及經濟效益。

1 工作面概況及永久支護方式

黃陵礦業有限公司一號煤礦807進風順槽位于八盤區西翼，順槽北部為807回風順槽，目前尚未掘進，南部為805回風順槽目前正在掘進，西部靠近井田邊界，東接八盤區進風巷。 巷道設計為矩形斷面。沿2號煤層頂板掘進，掘進范圍內煤層厚度2.6～4.5 m，平均厚度3.6 m，結構簡單，屬于穩定煤層，巷道掘進寬度4.6 m，掘進高度3 m，掘進長度2 061 m，絕大部分區域屬全煤巖巷道。巷道頂底板特征如表1所示。

頂板采用“錨桿+錨索梁+塑鋼網”聯合支護方式，頂錨桿為φ20×2 500 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配套使用200×200×12 mm鋼托板，間排距為800×800 mm，采用“六-六”矩形布置。錨索采用φ17.8×10 300 mm鋼絞線，錨深10 000 mm。兩幫采用“錨桿+塑鋼網”聯合支護，主幫錨桿為φ20×2 500 mm玻璃鋼錨桿，配套使用350×200×50 mm木托板；副幫錨桿為φ20×2 500 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配套使用長2.6 m的T140型鋼帶及80×80×10 mm鋼托板間排距均為700×1 000 mm，采用矩形布置。頂、幫網均采用塑鋼網，網孔55×50 mm。停采線向里10 m范圍頂板掛10#鐵絲菱形網支護。頂錨網支護距工作面正頭不超過0.8 m，幫錨網支護距工作面正頭不超過1.0 m，錨索支護距臨時支護尾部不超過12 m。巷道斷面布置如圖1所示。

表1 煤層頂底板特征

圖1 巷道斷面

2 臨時支架選型

掘進工作面作業空間有限，臨時支護支架支護范圍應與工作面空頂距離相適應，同時與掘進機相互配套，臨時支護強度應滿足巷道支護要求。

2.1 支架支護參數

巷道開挖后，改變了原有的地層結構，巖層應力會發生重新分布，巷道超前應力可用自然平衡拱理論分析[5]，在深埋巷道頂部圍巖壓力為平衡拱內巖體自重，如圖2所示。

自然平衡拱最大高度b1為：

(1)

圖2 巷道圍巖松動區示意圖

式中：f為掘進擾動影響下普氏系數，取1.7；a1為自然平衡拱的最大跨度。

(2)

式中：a為巷道寬度的一半，取2.3 m；h為巷道高度，取3.0 m；φ為煤體內摩擦角，取28°。

巷道最大圍巖壓力q為:

q=rb1

(3)

式中：r為巷道上覆巖層容重，取25 kN/m3。

計算得，q=37.71 kPa，即807進風順槽掘進工作面超前臨時支護強度不小于37.71 kPa。

2.2 支架選型

根據支架支護分析，確定采用ZL2×1800/24/32型超前臨時支護支架組，主要技術參數為：

支護高度/mm

2 400～3 200

支護寬度/mm

4 500

工作阻力/kN

3 600(P=30 MPa)

初撐力/kN

2 400(P=20 MPa)

立柱內徑/mm

φ145

支護強度/MPa

>0.05

對底板平均比壓/MPa

≤1.5

支架中心距/mm

1 500

支架控制方式

手動/遙控

3 臨時支架組結構及原理

臨時支架組由主架及輔架2組支架構成，如圖3所示。主架頂梁由2根橫梁，4根縱梁及前挑梁組成；輔架頂梁由2根橫梁及4根縱梁組成。

1-主架； 2-輔架。圖3 ZL2×1800/24/32型超前臨時支護支架組

移架時，通過橫梁間的推移油缸推拉使某一支架向前移動，另一支架撐頂支護，移架過程中始終有一組支架支撐，形成邁步式結構，減少對頂板的反復支撐，提高空間安全性。

4 結論

1) 結合陜煤黃陵礦業有限公司一號煤礦807進風順槽掘進工作面實際地質情況，對工作面臨時支護參數進行了分析，并確定使用ZL2×1800/24/32型超前臨時支護支架組進行掘進端頭臨時支護。

2) 目前807進風順槽已掘進超過1 000 m，施工期間端頭支護區域未發生頂板垮落事故，月掘進距離由以往的300 m提高至450 m，在保證工作面安全生產的基礎上提高了掘進效率，具有良好的經濟效益。