大采高充填工作面巷道超前支護優化

林偉立

（兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦 ，山東 鄒城 273500）

0 引 言

我國煤礦“三下”壓煤的情況比較普遍，然而“三下”開采會造成地表沉陷、地面建構筑物損毀以及生態環境破壞等，嚴重影響礦區人民的生產生活。充填開采作為“綠色開采”體系的重要組成部分，能良好的控制采空區上覆巖層的下沉，減輕地面建構筑物的受損程度，是實現“三下”壓煤開采的有效技術[1～5]。1331充填開采工作面煤層采出厚度為4.0 m，現按照不充填的大采高工作面進行超前支護設計，不僅造成了很大的浪費，還面臨著工人勞動強度大的問題。為了降低工人勞動強度，提高充填開采工作效率，本文通過對1331工作面前方的采動支承壓力進行現場實測和數據研究，得到了支承壓力的分布特征，在此基礎上確定了合理有效的巷道超前支護優化方案。

1 工程概況

為減小地表沉陷，1331工作面采空區進行膏體充填處理，工作面開切眼北臨1307工作面采空區，中間留有77m隔離煤柱；西為北二工作面采空區，中間留有51m隔離煤柱；東臨1335膏體充填開采工作面采空區，間隔133m隔離煤柱。工作面停采線為1331工作面1#聯絡巷，南距130北翼管子道150m，工作面東部及東南部都是實體煤區。1331工作面埋深280～300m左右，工作面煤層的平均厚度為4.30m，膏體充填處理采空區。工作面超前支護采用單體液壓支柱，配合鉸接頂梁，減少超前支承壓力對巷道圍巖的破壞。

2 工作面前方支承壓力實測研究

為了得到大采高充填工作面前方支承壓力的分布特征，在充填工作面前方100m位置處的巷道兩幫布置了圍巖應力傳感器。共3個圍巖應力傳感器，埋深分別為 5m、7m和 9m，傳感器編號為 11#、12#、13#。圍巖鉆孔應力傳感器采用Φ42mm水平鉆孔探入安裝，如圖1所示。

圖1 圍巖應力傳感器安裝示意圖

由于安裝11#傳感器的鉆孔在超前支撐壓力的作用下發生變形、松動，導致傳感器與煤體不完全接觸，壓力值逐漸下降為0，因此，主要對12#和13#傳感器進行分析，如圖2、圖3所示。由監測數據可知，12#傳感器初始壓力值為5.8 MPa，隨著工作面的不斷推進，壓力值出現了小幅下降的趨勢。自11月6日九時十五分，傳感器受力顯著增加，到十六時五十二分達到最大值25MPa，然后快速的降低。13#傳感器初始壓力值為5.8 MPa，自10月28日開始，隨著工作面的不斷向前推進傳感器受力緩慢增加；自11月3日開始，傳感器受力增加速度變快，在11月6日上午九時，傳感器受力快速增加，晚上十時達到最大值17.1MPa以后快速降低。

經分析可知，壓力值出現小幅下降主要是因為超前支承壓力局部應力分布不均導致，或是此處煤體存在一定的弱結構面，導致圍巖應力向周圍區域轉移。充填開采工作面前方受支承壓力擾動的距離為30m，擾動劇烈的距離為10m。當圍巖應力傳感器距工作面的距離為3.6m時，在超前支承壓力的影響下煤體受力迅速增加，傳感器讀數也快速達到最大值。當煤體受力超出屈服極限后發生塑性破壞，承載能力急速下降，采動支承壓力繼續向前方轉移，工作面前方3.6m范圍內為煤體破壞區。可見，充填工作面由于采空區充填后能夠對上覆巖層起到良好的支撐作用，工作面四周煤柱受力相對較小，工作面前方巷道受超前支承壓力的擾動程度較小。

圖2 12#圍巖應力分析

圖3 13#圍巖應力分析

3 巷道超前支護優化

3.1 超前支護距離

1331工作面軌道順槽、皮帶順槽各支設兩路超前支護，采用單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護，原設計支護長度不少于20m。通過對礦壓觀測數據進行分析可知，充填開采工作面前方受支承壓力擾動的距離為30m，擾動劇烈的距離為10m，但在工作面前方10m之外煤體應力增長不明顯，因此超前支護距離的距離可以縮短。

3.2 單體液壓支柱支設

1）單體液壓支柱縱向和橫向都應布置在一條線上，誤差不大于±100mm。

2）支柱不可架設在浮煤矸上，堅硬底板要刨柱窩、見麻面；底板松軟時，支柱必須穿鞋。

3）采用圓柱銷將鉸接頂梁相互固定，而且要求平直，鉸接率不得低于90%，避免鉸接頂梁連續不鉸接情況。工作面上、下端頭橫跨機頭、機尾處鉸接頂梁空載，此處鉸接頂梁必須插齊水平銷子，用錘砸緊，并掛好防飛鏈。

4）保證支護設備質量，支護設備使用前提前檢修，禁止使用有問題的支柱以及頂梁，所有鉸接頂梁必須鉸接使用。

5）所有單體液壓支柱三用閥平行工作面順槽使用，注液口應方向一致朝向充填區。

6）兩順槽在工作面前方25m內高度不可低于1.8m，人行道的寬度不可低于0.8m。

7）必須采用一根直徑不低于5.08mm的鋼絲繩將支柱逐排連接為一體，提高單體液壓支柱穩定性，避免單體液壓支柱傾倒砸傷工人，鋼絲繩末端須固定于頂板鋼帶或金屬網上。

8）單體液壓支柱初撐力60kN以上，保證支撐有效，單體液壓支柱可縮量200mm以上，防止單體液壓支柱被壓死。

4 結 語

通過巷道圍巖應力觀測，研究得到了工作面超前支承壓力影響范圍及程度，了解了巷道受超前支承壓力采動影響情況，在此基礎上對充填工作面巷道超前支護進行了優化。現場應用效果表明優化后的方案能夠滿足巷道支護要求，將巷道變形量控制在合理范圍內。研究成果減輕了工人的勞動強度，提高了支護效率，降低了支護成本，有利于降低工作面綜合成本和礦井保安全促生產，取得了良好的經濟和社會效益。