沖擊礦井巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

曹慶江

(河南省澠池縣果園鄉(xiāng) 耿村煤礦，河南 義馬 472300)

隨著煤炭事業(yè)的不斷發(fā)展，開(kāi)采深度不斷增加，沖擊地壓發(fā)生的危險(xiǎn)性也隨之增大，沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生也越發(fā)普遍。巷道支護(hù)的問(wèn)題也日益凸顯，支護(hù)成本的增加，支護(hù)效果不明顯，前掘后修還會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力。最初只是采用加強(qiáng)的錨索支護(hù)對(duì)沖擊礦井進(jìn)行斷面支護(hù)[1]；王國(guó)法等采用工作面端頭支架、巷道超前支架及“O”形防沖擊支架對(duì)沖擊礦井進(jìn)行了支護(hù)[2]；張樹(shù)峰等通過(guò)采用抗沖擊U、W支護(hù)工藝降低了巷道片幫隱患[3]；閆化良提出“深部圍巖卸壓+淺部圍巖支護(hù)+巷道表層加強(qiáng)防護(hù)”的多層次防控技術(shù)，對(duì)巷道進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)[4]。但是對(duì)于具有沖擊危險(xiǎn)傾向性的礦井，這些方案的支護(hù)強(qiáng)度還是有所欠缺，對(duì)于沖擊礦井的支護(hù)還需要更深入的研究。

1 工程概況

義煤集團(tuán)耿村煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力36 000萬(wàn)t/a，12150綜放工作面位于該工作面位于12采區(qū)軌道下山東翼；工作面北部為(2-3)12110工作面采空區(qū)；南部為(2-3)12170工作面采空區(qū)；上部為2-1煤及11081、12111、12131三個(gè)工作面采空區(qū)和1-2煤11011、11061、11081、12111及12131五個(gè)工作面采空區(qū)，回采2-3煤層。地面標(biāo)高：+595～ +624 m，工作面標(biāo)高：+205～ +310 m，工作面采用走向長(zhǎng)壁式布置，走向可采長(zhǎng)度806 m，傾向長(zhǎng)度267 m，煤層傾角8～12°，平均煤厚13.8 m。進(jìn)回風(fēng)巷道均沿2-3煤層底板掘進(jìn)，巷道設(shè)計(jì)為拱形斷面，凈寬6.2 m，凈高3.63 m，凈斷面19.6 m2。

2 原巷道支護(hù)方案及存在問(wèn)題

2.1 原巷道支護(hù)方案

2.1.1 工作面端頭支護(hù)形式及規(guī)格

1) 工作面上下端頭均使用ZT2×4000/23/50型巷道液壓自移支架(巷道支架)與排頭架配合來(lái)保證端頭處的支護(hù)強(qiáng)度。

2) 上、下端頭處，沿巷道走向各安裝兩排巷道支架，上巷7架，下巷5架，上、下巷安裝位置為距上、下幫0.5～1 m, 排距(中-中)2.1～2.3 m，下巷安裝位置沿轉(zhuǎn)載機(jī)兩幫位置打設(shè)，排距(中-中)2.1～2.3 m。

3) 上端頭處，靠近巷道上幫第一架巷道支架安裝位置尾部要與最后一架排頭架尾部對(duì)齊，靠近下幫第一架巷道支架安裝位置尾部要與最后一架排頭架尾部對(duì)齊。

4) 下端頭處，靠近巷道下幫第一架巷道支架安裝位置尾部要與第一架排頭架尾部對(duì)齊，與小抬棚相輔來(lái)保證對(duì)下端頭形成牢固的支護(hù)，靠近上幫第一架巷道支架安裝位置尾部與煤墻對(duì)齊。

5) 上端頭支護(hù)與液壓支架凈間距不大于0.5 m。下幫巷道支架與工作面液壓支架凈間距不得大于0.5 m。同時(shí)保證巷道凈寬不得低于1.8 m，行人側(cè)寬度不少于0.8 m。

2.1.2 工作面超前支護(hù)形式及規(guī)格

1) 超前支護(hù)使用液壓抬棚支架按走向打設(shè)一路。采用ZD2200/22/45、ZQ4000/19/39液壓抬棚配合頂?shù)琢航M成，必須確保初撐力不低于泵站額定壓力的60%，即不低于18 MPa。

2) 液壓抬棚上巷打設(shè)在巷道中間，下巷靠近膠帶或轉(zhuǎn)載機(jī)上幫，成一直線并編號(hào)管理。

3) 自上、下端頭向外超前打設(shè)液壓抬棚支護(hù),上巷不少于300 m，下巷不少于150 m(包括巷道支架在超前支護(hù)段的控制距離)。

圖1 巷道斷面示意(mm)

圖2 原巷道斷面示意

2.2 原支護(hù)方案中存在的問(wèn)題

1) 當(dāng)上端頭巷道支架與工作面液壓支架、下巷巷道支架與液壓抬棚支架間距離過(guò)大時(shí)缺少補(bǔ)強(qiáng)措施，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致巷道變形量增大。

2) 隨著工作面的推進(jìn)，在割煤時(shí)，可能發(fā)生甩出錨桿傷人事件。

3) 工作面超前支護(hù)的強(qiáng)度不足，對(duì)于沖擊礦井在超前支承壓力影響范圍內(nèi)的支護(hù)尤為重要，需要增強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度。

3 改進(jìn)后的支護(hù)方案

通過(guò)對(duì)原支護(hù)方案存在問(wèn)題分析，在原方案基礎(chǔ)上做出改進(jìn)調(diào)整，增加了以下幾點(diǎn)支護(hù)方案內(nèi)容。

3.1 工作面端頭支護(hù)形式及規(guī)格

1) 上端頭巷道支架與工作面液壓支架間距每超0.5 m、下巷巷道支架與液壓抬棚支架間每超0.5 m時(shí)，必須加打抬棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，抬棚梁為3.4 m長(zhǎng)12號(hào)礦用工字鋼，單體柱腿，一梁不少于三柱，抬棚交錯(cuò)打設(shè)，若上端頭上幫巷道支架與工作面支架間超過(guò)2 m時(shí)，上端頭下幫可以再進(jìn)一架巷道支架，并保證巷道凈寬不得低于2.5 m，行人側(cè)寬度不少于0.8 m。

2) 巷道支架和抬棚隨同采面回采一同前移。隨著工作面的推進(jìn)，上、下端頭3～5 m范圍內(nèi)，上巷下幫、下巷上幫錨桿必須提前拔除，防止割煤時(shí)甩出錨桿傷人。支護(hù)示意如圖3、圖4、圖5和圖6所示。

圖3 工作面上、下端頭支護(hù)示意(mm)

圖4 巷道支架示意(mm)

3.2 工作面超前支護(hù)形式及規(guī)格

1) 超前支護(hù)使用液壓抬棚支架按走向打設(shè)一路，支架采用2根直徑220 mm的大立柱配合頂?shù)琢航M成，工作阻力2×1 100 kN。

2) 液壓抬棚支架架間距不得超過(guò)0.3 m，接U型鋼梁嚴(yán)實(shí)，每架抬棚液壓支架必須有防倒裝置。

圖5 液壓抬棚超前支護(hù)斷面示意(mm)

圖6 門(mén)式支架加強(qiáng)支護(hù)段示意(mm)

3) 下巷超前300 m范圍內(nèi)使用巷道支架、液壓抬棚、門(mén)式支架及組合形式的加強(qiáng)支護(hù)，安裝58架高強(qiáng)度門(mén)式支架輔以液壓抬棚加強(qiáng)支護(hù)。

4 改進(jìn)后的現(xiàn)場(chǎng)效果

通過(guò)在下巷布置測(cè)點(diǎn)觀測(cè)巷道頂?shù)装逡约皟蓭鸵七M(jìn)量，實(shí)行改進(jìn)后的方案、增強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，巷道變形量有明顯減小，巷道變形得到了有效控制，在改進(jìn)前后巷道變形量對(duì)比如圖7和圖8所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)耿村礦巷道支護(hù)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)原支護(hù)方案的分析對(duì)比，在原有方案基礎(chǔ)上，針對(duì)支架間距過(guò)大可能引起的支護(hù)失效以及超前支護(hù)強(qiáng)度不足的問(wèn)題提出了支架間補(bǔ)打抬棚、采用門(mén)式支架配合液壓抬棚超前支護(hù)的方案。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，采用新支護(hù)手段后，巷道兩幫及頂?shù)装遄冃瘟匡@著減小，巷道變形得到了有效控制，維護(hù)了巷道安全穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性，對(duì)以后沖擊礦井的巷道支護(hù)具有借鑒指導(dǎo)意義。

圖7 改進(jìn)前后頂?shù)装逡七M(jìn)量對(duì)比

圖8 改進(jìn)前后兩幫移進(jìn)量對(duì)比