特厚煤層綜放工作面停采支護優化設計

鮑善常

（馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100）

馬道頭煤業主采C3-5#特厚煤層，因煤體完整性較差，工作面停采一直采用“金屬網+錨桿+錨索+工字鋼+鋼帶”的高強度聯合支護方式[1]，雖然支護密度高、單體支護強度大，但耗時長、工作量大、聯網環節多，導致工作面支護的整體性較差，對工作面停采及撤面造成了諸多隱患[2]。此前在停采和回撤期間多次發生過漏頂、頂煤自然發火、頂網撕裂等事故，根本原因是停采支護設計不合理，導致停采支護施工難度大、用時長、耗費多、效果差，因此需要對停采支護設計及工藝進行優化[3]。

1 工程概況

以馬道頭煤業8322 工作面為研究背景，該工作面可采走向長度為1838 m，傾斜長度為238.5 m，共布置140 架ZF/15000/27.5/42 型支架。工作面開采煤層為C3-5#層，煤層平均厚度為15.65 m，工作面共布置2 條巷道，采用低位放頂煤開采工藝，2322 巷為進風巷，兼做皮帶巷，5322 巷為回風巷，兼做輔運巷。工作面四鄰及上覆均為實體，平均埋深為538 m。煤層結構較復雜，含夾石5 層，夾石厚度最小0.20 m，最大2.33 m。基本頂厚度19.58 m，為含礫粗砂巖、中粗砂巖；直接頂厚度3.09 m，為高嶺質泥巖；直接底厚1.99 m，為高嶺質泥巖、泥巖；基本底厚3.53 m，為砂質泥巖。

2 停采支護優化設計方案

本次優化分別在支架主頂梁和機道進行，核心是將傳統的金屬網改為“柔性網+鋼絲繩”[4]，同步減少冗余的錨桿和錨索等支護材料的使用數量，從而實現工作面支護整體性和效率的提升。停采支護設計參數如圖1。

圖1 8322 工作面停采支護設計圖（mm）

2.1 “柔性網+鋼絲繩”方案

采用“柔性網+鋼絲繩”鋪頂回撤，在頂板破碎時，柔性網+鋼絲繩鋪頂施工速度快，能夠減少破碎區域頂板下沉量，防止柔性網撕裂區域的浮煤、浮矸外漏，減少對設備回撤的影響。本次選用2 片JDPET900mm×800MS 型聚酯纖維柔性網，網片尺寸均為20 m×121 m，網眼為40 mm×40 mm。工作面推進到距離停采線16 m 時，開始沿工作面方向從機尾至機頭處頂板鋪設兩塊121 m 聚酯纖維柔性網，鋪網前調整好工作面頭尾進度，入井前將工作面橫向的15 根2×123 m 長鋼絲繩提前編織進柔性網，可減少現場捆綁鋼絲繩的時間。

2.2 優化頂板支護設計

（1）工作面支架主頂梁上平行工作面布置8根7'鋼絲繩，代替原有的“錨桿+錨索+鋼帶+鋼梁”密排支護，鋼絲繩已提前編織進柔性網。

（2）工作面頭、尾20 m 范圍的支架主頂梁上與工作面平行布置三排“錨索+工字鋼”。第一排錨索為Φ21.8 mm×8300 mm，第二、三排錨索為Φ21.8 mm×6300 mm，工字鋼梁為3.8 m 長的兩孔11#礦用工字鋼，間排距為3500 mm×1600 mm。第一排距支架主頂梁后邊緣275 mm，第三排距支架主頂梁前邊緣200 mm，第一排和第二排工字鋼同步布置。其余中間支架主頂梁上與工作面平行布置兩排“錨索+工字鋼”。錨索為Φ21.8 mm×8300 mm，工字鋼為3.8 m 長的兩孔11#礦用工字鋼，間排距為3500 mm×3000 mm。第一排距支架主頂梁后邊緣275 mm 且打第一排工字鋼支護時需在工字鋼底鋪一層皮帶護網，第二排工字鋼直接吊掛聚脂網上，距支架主頂梁前邊緣200 mm，第一排和第二排工字鋼同步布置，每排相鄰的兩根工字鋼梁頭內錯300 mm。

（3）在機道平行于工作面方向共布置5 排“錨索+ 鋼帶”，采用Φ21.8 mm×8300 mm 錨索，3500 mm×280 mm×4 mm 三孔鋼帶排距900 mm，鋼帶錨索間距1600 mm。加150 mm×150 mm×10 mm 鋼托板做墊片，首尾相接兩根鋼帶邊孔共用一根錨索。

（4）工作面推到停采線位置后，在機道及時架設4～6 m 長工字鋼梁，工字鋼梁沿走向對應支架中心線布置，梁前端與停采線平齊，后端500 mm架在支架前探梁上。工字鋼梁固定好后按眼孔打錨索，加150 mm×150 mm×12 mm 鋼托板，并錨緊吊掛牢固。

2.3 護幫支護

護幫采用3 排“錨桿+鋼托板”，錨桿規格為Φ20 mm×2500 mm（材質400）左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，鋼托板規格為450 mm×280 mm×5 mm，配套150 mm×150 mm×12 mm 鋼墊片，最上排距頂板500 mm，排間距為1500 mm×1000 mm。

2.4 兩巷頂板補強支護

兩巷及超前段采用組合錨索進行頂板補強支護，頂板破碎處加鋪單層菱形金屬網護頂。在兩順槽巷道停采線里13 m、停采線外19.5 m，共32.5 m 范圍布置兩排組合錨索。停采線外沿巷道中線兩側距巷道中線1.0 m 布置；停采線里一排組合錨索沿巷道中線布置，另一排靠采煤側布置。組合錨索間排距為5000 mm×2000 mm，兩排組合錨索交錯2500 mm 布置，托板為600 mm×600 mm×16 mm三孔鋼板，錨索為三根Φ21.8 mm×10 300 mm。兩巷各布置14 組組合錨索，共使用28 組。

2.5 工作面頭尾擴寬區域支護

工作面頭、尾擴寬區域支護采用組合錨索、“鋼梁+錨索”、“鋼帶+錨桿”支護方式，支護設計參數如圖2、圖3。

圖2 8322 工作面頭部擴寬區域支護設計圖（mm）

圖3 8322 工作面尾部擴寬區域支護設計圖（mm）

3 效果

8322 工作面停采優化方案實施后，僅用8 d 就完成了工作面的停采支護，與之前相比，平均用時減少7 d，節約停采材料費用62.2 萬元，節約人工費用33.6 萬元，共計節約費用95.8 萬元。方案對比見表1。停采支護工藝簡化后，勞動用工明顯減少，降低了多隊組平行交叉作業造成的安全管理風險，工作面回撤期間未發生頂板垮落、頂網撕裂竄矸漏頂等事故。

表1 新舊支護方案對比表

位置 原停采支護設計 8322 停采支護設計 本次停采較原停采支護節約用料第六排 2.8 m 錨桿+五眼3.5 m 鋼帶 8.3 m 錨索+三眼3.5 m 鋼帶減少300 根2.8 m 錨桿，增加120 根Φ21.8 mm×8.3 m 錨索，增加120 m 鉆孔量第七排 2.8 m 錨桿+五眼3.5 m 鋼帶 8.3 m 錨索+三眼3.5 m 鋼帶減少300 根2.8 m 錨桿，增加120 根Φ21.8 mm×8.3 m 錨索，增加120 m 鉆孔量第八排 2.8 m 錨桿+五眼3.5 m 鋼帶 8.3 m 錨索+三眼3.5 m 鋼帶減少300 根2.8 m 錨桿，增加120 根Φ21.8 mm×8.3 m 錨索，增加120 m 鉆孔量機道第九排 間距3.5 m 三眼10.3 m 組合錨索 無（頭尾10 個架仍采用原設計）減少60 組組合錨索，減少180 根Φ21.8 mm×10.3 m 錨索，減少1800 m 鉆孔量第十排 2.8 m 錨桿+五眼3.5 m 鋼帶 8.3 m 錨索+三眼3.5 m 鋼帶減少300 根2.8 m 錨桿，增加120 根Φ21.8 mm×8.3 m 錨索，增加120 m 鉆孔量十一排 2.8 m 錨桿+五眼3.5 m 鋼帶 8.3 m 錨索+三眼3.5 m 鋼帶減少300 根2.8 m 錨桿，增加120 根Φ21.8 mm×8.3 m 錨索，增加120 m 鉆孔量十二排 8.3 m 錨索+三眼4 m 走向工字鋼 無（頭尾10 個架仍采用原設計）減少120 根4 m 走向工字鋼，減少240 根8.3 m 錨索；減少1920 m 鉆孔量

4 結論

（1）在分析以往工作面停采支護及回撤遇到問題的基礎上，提出采用“柔性網+鋼絲繩”的停采支護設計，去掉了支架頂梁上方冗余的高強度支護，簡化了停采支護設計。

（2）采用“柔性網+鋼絲繩”鋪頂回撤，能夠減少破碎區域頂板下沉，防止柔性網撕裂區域的浮煤、浮矸外漏，減少對回撤設備的影響，對于特厚煤層綜放工作面停采優勢顯著。

（3）方案優化后，僅用8 d 就可完成停采支護，比平均用時減少7 d，緩解了生產銜接緊張，增加了礦井有效生產時間，節約了停采材料費和人工費共計95.8 萬元。整個停采及回撤期間未發生安全事故，實現了工作面安全、節儉、高效停采，技術經濟效益顯著。