綜放面端頭及順槽超前區頂板支護技術與實踐

羅寶紅

（大同煤礦集團華盛虎峰煤業有限公司，山西 運城 043300）

隨著我國煤炭開采強度的增大，遺煤復采面端頭及順槽支護是急需解決的技術難題［1-2］。由于工作面兩側端頭處于應力集中區，頂板較為破碎，加之遺煤復采工作面，上部存在空巷、采空區等影響，導致工作面端頭管理難度巨大。工作面端頭和超前區頂板管理技術也是廣大生產技術人員的重點研究方向［3-5］。工作面兩側端頭是工作面的安全出口，也是保證工作面安全生產的基礎。以虎峰煤業2115工作面為基礎，對綜放工作面端頭及順槽超前區頂板管理進行了探索實踐。

1 工程地質條件分析

1.1 工程概況

華盛虎峰煤業是由原虎峰煤業、黃河煤業、海豐煤業兼并重組整合而成的。2115綜放工作面位于井田東北部，該范圍及周邊煤層頂部多為空巷和采空區。工作面標高504～543 m，地面標高683～696 m，傾斜長120 m，走向長775 m。工作面開采2號煤層，煤層平均厚5.3 m，傾角平均9 °，頂板為泥巖和粉砂巖，底板為中砂巖和細砂巖（見表1）；工作面進、回風順槽巷道均沿2號煤層底板掘進，在順槽巷道掘進過程中未揭露斷層、陷落柱等地質構造，工作面地質結構簡單。該工作面采用綜采放頂煤開采，循環進度0.6 m，設計采高2.2 m，放煤高度3.1 m，采放比為1:1.41，采用78架ZF3100/16/26型液壓支架和2架ZFG3600/17.5/27型過渡支架管理工作面頂板。

表1 煤層頂底板情況

1.2 開采條件分析

由于多年來的亂掘濫采，2號煤頂部遭到大量破壞，存在大量的采空區和空巷，特別是頂部煤層，大部分或局部已造成破壞或嚴重破壞。2115工作面由于小煤窯開采導致工作面煤層破碎，在以往巷道掘進過程中采空區、廢棄巷道從煤層頂部、中部到底部隨處可見，而且空頂、空幫嚴重，給工作面順槽巷道圍巖的控制造成較大的安全隱患。由于空頂和空幫較為嚴重，為了便于順槽巷道頂板管理和圍巖控制，保證巷道安全使用，2115工作面順槽巷道采用11#工字鋼金屬棚支護，梯形斷面，下底凈寬為4.48 m，上頂凈寬為3.08 m，凈高2.56 m。2115工作面端頭采用“π”型梁支護，不僅能夠有效控制動壓影響和空頂、空幫處的巷道圍巖支護，而且能夠有效回收工字鋼棚等支護材料。

2 工作面端頭頂板管理

2.1 運輸順槽端頭支護

2115工作面運輸順槽側端頭支護為：①工作面側采用兩對“π”型梁支護，一對“π”型梁由2根3.2 m長的“π”型鋼梁和8根DW-31.5型單體支柱組成，一梁四柱，成對錯梁布置，梁頭錯距0.6 m，邁步距離1.2 m。每對梁中梁與梁中心距為0.3 m，工作面側對梁中的外側單梁距工作面支架0.3 m。②遠離工作面側巷幫采用一對“π”型梁支護，對錯“π”型梁與液壓支架側布置形式參數一致，遠離工作面側對梁中的外側單梁距原巷道剛性支架梁頭0.3 m。③在對梁中后滯梁最后一排支柱線上，布置單排密集切頂支柱，其與工作面液壓支架切頂線平行，見圖1。

圖1 運輸順槽側端頭支護

2.2 回風順槽端頭支護

2115工作面回風順槽側端頭支護為：①在該端頭等間距布置三對“π”型梁支護，一對“π”型梁由2根3.2 m長的“π”型鋼梁和6根DW-31.5型單體支柱組成，一梁三柱，成對錯梁布置，梁頭錯距0.6 m，邁步距離1.2 m；每對梁中梁與梁中心距為0.3 m，遠離工作面側對梁中的外側單梁距原巷道剛性支架梁頭0.3 m，工作面側對梁中的外側單梁距工作面支架0.3 m。②在對梁中后滯梁最后一排支柱線上，布置單排密集切頂支柱，其與工作面液壓支架切頂線平行，見圖2。

圖2 回風順槽側端頭支護

2.3 機頭、機尾鋪網搭梁

為加強工作面機頭、機尾三角區管理，工作面機頭、機尾各兩架支架上方鋪設金屬頂網，同時搭設Ф20×3.2 m的板梁。網的長邊沿工作面傾斜方向鋪設，要求工作面的網與2115運輸、回風順槽的網聯好，鋪網長邊對接，短邊搭接，搭接量不小于30 cm，聯網間距0.1 m，采用“三扭一扣壓辮”式聯網法。

3 超前支護區頂板管理

1）工作面兩側順槽超前支護如下：①運輸和回風順槽均在距工作面30 m內加強支護，運輸順槽在距離工作面20 m內支設雙排支護，20～30 m支設單排支護；回風順槽在距離工作面20 m內支設三排支護，20～30 m支設雙排支護。②兩側順槽均采用DW-31.5型單體液壓支柱配合3.2 m長“π”型鋼梁進行支護，一梁三柱，柱距1.0～1.2 m。防倒裝置采用剛性連接，連接位置應在支柱支護高度的1/3，不超過活柱體，防倒裝置應采用扁鐵或絲杠形式，伸縮距離不小于0.2 m；防墜裝置采用鋼絲繩套，一端與液壓支柱活性柱體連接，一端與π型梁連接，鋼梁與支柱活柱連接緊密，同時升降。

2）由于2115工作面進風、回風順槽高度不得低于1.8 m，當兩巷有明顯的礦山壓力顯現時，應適當加強支護長度和支護強度、密度。回風順槽無設備布置，保證安全出口暢通的情況下可再增加一排“π”型鋼梁支護。

3）進、回風順槽替棚與支架回收。檢修班超前工作面煤壁5 m，使用單體液壓支柱平行鋼性支架設2.8～3.0 m的圓木于支架間，作為臨時支護支護頂板，生產班根據需要于所替工字鋼梁下左右各支設一根單體液壓支柱、采用臥底的方法，用鐵鍬將棚腿下端掏空，取出棚腿。替下鋼梁，并頂幫重新勾盤嚴實，然后前移端頭支護。替棚要一架一架地進行，嚴禁同時替兩架，嚴格執行“先支后回”。

4 應用效果

虎峰煤業2115綜放工作面自初采起至末采撤架結束，共計回采8個月。工作面整個回采過程中，在兩側順槽金屬棚支護的基礎上，配合“π”型梁支護和金屬網管理工作面端頭頂板，“π” 型梁的超前支護，能夠有效控制工作面端頭和順槽超前區頂板。在通過煤層上部存在空巷的區域時，工作面端頭和超前支護區空頂破碎煤體得到有效控制，沒有出現大面積網兜、落煤和落矸現象，巷幫也未出現大面積鼓幫，順槽金屬棚能夠及時回收，節省了支護材料，可在虎峰煤業類似工作面進行推廣應用。