柔性支護(hù)技術(shù)在3101工作面的應(yīng)用分析

梁福兵

（山西長治聯(lián)盛首陽山煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100）

對(duì)于井下采掘工作面過陷落柱，上木料接頂輔助支架是對(duì)周圍巖巷最常用支護(hù)方法之一[1-2]。在次基礎(chǔ)上，煤礦技術(shù)工作者在綜合考慮支護(hù)效果、成本等因素后，探索出了一種柔性支護(hù)技術(shù)[3]。該技術(shù)的核心是使用“金屬鐵絲網(wǎng)+鋼絲繩”組合而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)頂板圍巖形成整體控制。長期工業(yè)性使用證明，柔性支護(hù)技術(shù)對(duì)采掘工作面過斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造帶有巨大的優(yōu)勢(shì)，不僅施工周期段，還可大幅縮減企業(yè)生產(chǎn)成本。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工作面概況

山西長治聯(lián)盛首陽山煤業(yè)有限公司（以下簡稱首陽山煤礦），位于長治市上黨區(qū)，面積10.9 m2，年產(chǎn)能力0.9 Mt/a，批準(zhǔn)開采3、9號(hào)煤層。目前，首陽山煤礦為減少井巷工程量，將3號(hào)煤首采工作面布置在巷道北側(cè)，命名為3101工作面。

1.2 陷落柱概況

首陽山煤礦3101工作面在回采過程中會(huì)遭遇陷落柱[4]，根據(jù)現(xiàn)場已探明的資料顯示，該陷落柱為不規(guī)則橢圓形，東西方向?qū)捈s50 m，南北方向長約35 m，位于3101聯(lián)絡(luò)巷向北240 m處，具體見圖1。

根據(jù)3101回風(fēng)順槽和3101運(yùn)輸順槽掘進(jìn)情況及對(duì)該陷落柱的鉆探情況判斷該陷落柱無導(dǎo)水現(xiàn)象。為了更好地解決資源浪費(fèi)、實(shí)現(xiàn)煤炭回收最大化、減少頂板事故與材料浪費(fèi)等系列問題，在生產(chǎn)實(shí)踐中，首陽山煤礦探索出了一種“金屬網(wǎng)+鋼絲繩”控制頂板圍巖的柔性支護(hù)技術(shù)手段。

圖1 3101工作面陷落柱示意圖

2 柔性支護(hù)技術(shù)

柔性支護(hù)技術(shù)在實(shí)踐過程中，與傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)最大的區(qū)別就是可以允許圍巖存在一定的形變，它可以有效發(fā)揮圍巖自承能力，甚至同被加固的巖體作整體運(yùn)動(dòng)時(shí)仍能保證相當(dāng)大支護(hù)抗力。

2.1 礦用金屬網(wǎng)類型

煤礦柔性支護(hù)常用金屬網(wǎng)主要分為鐵絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)2種材質(zhì)，鐵絲網(wǎng)按網(wǎng)孔形狀又分為經(jīng)緯鐵絲網(wǎng)和菱形鐵絲網(wǎng)，均采用編制工藝鋪設(shè)，鋼筋網(wǎng)則采用焊接工藝。

1）經(jīng)緯鐵絲網(wǎng)。網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)簡單，為四邊長度50 mm的正方形網(wǎng)格，支護(hù)時(shí)單根鐵絲受力，主要依靠鐵絲自身強(qiáng)度承壓時(shí)。由于該網(wǎng)通常采用捆綁方式鋪設(shè)，網(wǎng)格空檔處易受巖石擠撐，導(dǎo)致網(wǎng)格撐大、變形，巖塊掉落，影響安全，因此目前使用率較低。

2）菱形鐵絲網(wǎng)。通常由熱鍍鋅低碳鋼加工制成，為扁螺旋結(jié)構(gòu)，由于其菱形網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)具有柔性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，受力較經(jīng)緯網(wǎng)更加均勻，同時(shí)具有壹折疊、拆裝的特性，因此適合井下成捆運(yùn)輸、大面積鋪設(shè)。

3）鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)為尺寸100 mm的正方形鋼筋網(wǎng)格焊接而成，鋼絲直徑在70 mm左右。該尺寸鋼筋網(wǎng)強(qiáng)度和剛度比例最佳，可以有效對(duì)巷道頂板形成保護(hù)，抑制圍巖松散垮落，而目前廣泛用于對(duì)應(yīng)力集中、大變形的巷道支護(hù)。

2.2 金屬網(wǎng)受力變形分析

金屬網(wǎng)對(duì)巷道圍巖的支護(hù)作用力與金屬絲抗拉強(qiáng)度成正比，與錨桿間距作用成反比。金屬網(wǎng)承壓，會(huì)在中央部位出現(xiàn)洼地現(xiàn)象，此時(shí)金屬網(wǎng)主要承受頂板圍巖的載荷，除受拉力作用以外，還受剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)等復(fù)合應(yīng)力的影響。因此如遇巷道較為松散破碎圍巖，應(yīng)選用強(qiáng)度和剛度較大的鋼筋網(wǎng)，同時(shí)配合抗彎剛度大的錨桿構(gòu)件進(jìn)行支護(hù)，可以有效形成對(duì)巷道圍巖的保護(hù)。

2.3 金屬網(wǎng)優(yōu)勢(shì)分析

相比較其他柔性支護(hù)，金屬網(wǎng)的材質(zhì)在成本、可回收率、支護(hù)效果等方面優(yōu)勢(shì)更加明顯。具體分析認(rèn)為，在巷道支護(hù)過程中，同為柔性支護(hù)的塑鋼網(wǎng)易受機(jī)械設(shè)備的碰撞摩擦導(dǎo)致?lián)p壞，回收率較低。經(jīng)核算，金屬網(wǎng)為25元／m2，塑鋼網(wǎng)頂網(wǎng)為21元／m2；但是金屬網(wǎng)回收率較塑鋼網(wǎng)高50%左右，綜合降本增效的角度，金屬網(wǎng)是柔性支護(hù)的首選。

3 過陷落柱技術(shù)方案

3.1 施工方法

為確保3101工作面回采期間的頂板安全，將選用柔性支護(hù)技術(shù)，“金屬鐵絲網(wǎng)+鋼絲繩”加強(qiáng)支護(hù)，具體操作規(guī)格見圖2，提前5m上網(wǎng)，上網(wǎng)距離為40m；上網(wǎng)、上繩范圍：鐵絲網(wǎng)規(guī)格長×款為1.0 m×10 m的金屬網(wǎng)。鋪網(wǎng)要求方面，L為鋼絲繩間距，取500 mm；M1為網(wǎng)長邊搭接量，取200 mm；M2位短邊搭接，取100 mm；F為鋼絲繩搭接量，取5 m。

圖2 3101工作面過陷落柱鋪網(wǎng)示意圖

3.2 打眼、裝藥與爆破

針對(duì)3101工作面過陷落柱，使用YT28鑿巖機(jī)進(jìn)行松動(dòng)爆破，打眼過程中需注意每次打眼數(shù)量控制在8個(gè)以內(nèi)。炸藥采用礦用Ⅱ級(jí)乳化炸藥，配合瞬發(fā)式電雷管，起爆期間所有操作需由專職放炮員完成，每次爆破距離≤10 m。炸藥的填裝采用正向裝藥法，嚴(yán)禁使用可燃性材料作為炮眼封泥材料。當(dāng)炮眼深度＜1 m時(shí)，封泥長度應(yīng)大于炮眼深度的50%；當(dāng)炮眼深度＞1 m時(shí)，封泥長度需＞0.5 m。

3.3 收尾工作

每次爆破工作結(jié)束后，需進(jìn)行支護(hù)工作，當(dāng)端面距超過0.3 m時(shí)，及時(shí)超前拉架，并伸出前梁，如還不能有效支護(hù)，應(yīng)采取支設(shè)帶帽點(diǎn)柱的方式維護(hù)頂板，帶帽點(diǎn)柱間距500 mm。待支護(hù)完成后，經(jīng)由班組長、安全員、瓦檢員對(duì)頂板、煤幫、瓦斯進(jìn)行檢測，確定無危險(xiǎn)后開動(dòng)采煤機(jī)進(jìn)行除渣工作。

3.4 效果分析

施工實(shí)踐統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，3101工作面過陷落柱共計(jì)用時(shí)20 d。期間礦壓無明顯變化，圍巖變形量控制在5 mm以內(nèi)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。20 d內(nèi)未發(fā)生一起頂板垮塌、片幫傷人、爛網(wǎng)等事故，可見柔性支護(hù)技術(shù)較傳統(tǒng)支護(hù)具有施工周期短、支護(hù)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，成功完成了安全高效通過構(gòu)造的目的。

4 重點(diǎn)環(huán)節(jié)把控

4.1 頂板安全管理

進(jìn)行鋪網(wǎng)工作前，需要由安全員和班組長對(duì)工作面陷落柱段的頂板情況進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無矸石掉落的危險(xiǎn)性后方可作業(yè)。3101工作面過陷落柱期間，頂板受陷落柱影響，部分破碎處必須進(jìn)行超前拉架，如遇頂板破碎嚴(yán)重，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈時(shí)，必須及時(shí)加強(qiáng)頂板支護(hù)措施，同時(shí)嚴(yán)防倒架、斜柱、支架不直等隱患現(xiàn)象發(fā)生。如需人員進(jìn)入煤壁側(cè)作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，遇到頂板破碎、漏頂、片幫時(shí)，必須采取措施處理后方可進(jìn)行作業(yè)，確保施工安全。

4.2 生產(chǎn)安全管理

工作面過陷落柱期間要合理安排和組織好生產(chǎn)，適當(dāng)加快推進(jìn)速度，盡快推過陷落柱區(qū)，以防頂板來壓造成移架困難。

4.3 防治水安全管理

過陷落柱過程中，陷落柱可能出現(xiàn)導(dǎo)水現(xiàn)象，導(dǎo)致涌水或潰泥淹沒工作面造成人員傷亡。工作面過陷落柱期間，防治水科必須每天對(duì)該陷落柱的涌水量進(jìn)行觀測，如涌水量出現(xiàn)增大現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)在順槽內(nèi)增設(shè)水泵，加強(qiáng)抽排水管理；工作面過陷落柱期間，安全員及跟班班隊(duì)長必須每班觀測頂板淋水變化情況，并由采煤隊(duì)負(fù)責(zé)安排專人對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，必須確保排水系統(tǒng)運(yùn)行正常。

5 結(jié)語

首陽山煤礦在3101工作面回采過程中，于3101聯(lián)絡(luò)巷向北會(huì)遭遇陷落柱。針對(duì)該問題本文對(duì)巷道的支護(hù)工作提出了以“金屬鐵絲網(wǎng)+鋼絲繩”為主的柔性支護(hù)方案，并制定了瓦斯通防、水害防治等有效措施。結(jié)果顯示，3101工作面過陷落柱共計(jì)用時(shí)20 d，期間礦壓無明顯變化，圍巖變形量控制在5 mm以內(nèi)，成功實(shí)現(xiàn)了安全高效過陷落柱的目的，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于類似礦山有一定的借鑒價(jià)值。