大柳塔煤礦綜采工作面頂板支護(hù)管理

孫瑞雄

（國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭公司大柳塔煤礦，陜西 榆林 719000）

0 引言

大柳塔煤礦52605綜采工作面位于大柳塔井52煤六盤區(qū)。煤層厚度4.1～4.6 m，平均4.3 m，工作面長(zhǎng)4 299 m，煤層傾角1°～3°，埋深122.91～204.3 m。52605綜采工作面采用走向長(zhǎng)壁采煤法，機(jī)械化采煤工藝，采空區(qū)頂板處理方式采用全部垮落法。工作面頂板分布有偽頂，偽頂區(qū)及斷裂構(gòu)造發(fā)育地帶頂板穩(wěn)定性差，易冒落，存在安全隱患，須加強(qiáng)頂板支護(hù)管理，保障礦井安全生產(chǎn)。

1 工作面頂板巖性

52605 綜采工作面頂板巖石物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 52605工作面頂板狀況

2 工作面頂板支護(hù)管理

52605 工作面采用全部垮落法進(jìn)行頂板管理，52605運(yùn)順采用滯后工作面施工柔模砼墻沿空留巷工藝。工作面如圖1所示

2.1 初次來(lái)壓頂板管理

1）工作面初次來(lái)壓前，結(jié)合工作面頂板巖性及鄰近工作面回采經(jīng)驗(yàn)，采用水力壓裂弱化頂板強(qiáng)度，預(yù)測(cè)直接頂垮落及老頂來(lái)壓位置，編制初采安全技術(shù)措施，避免初采期間采空區(qū)頂板懸漏。

2）工作面初次來(lái)壓前，對(duì)巷道及工作面檢查，定期上報(bào)頂板來(lái)壓狀況，便于及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。

3）具體管理措施：①初次來(lái)壓前，加強(qiáng)支架檢修，使各元件相互配合，保障生產(chǎn)效率；②每班應(yīng)檢查巷道及工作面的頂板變形、破壞狀況，存在隱患時(shí)，禁止作業(yè)；③初采期間，支架工滯后前滾筒1～2架跟機(jī)拉架，及時(shí)打開(kāi)護(hù)幫板，達(dá)到支撐阻力[1]。

圖1 52605綜采工作面示意圖

2.2 工作面正常回采期間頂板管理

1）及時(shí)移動(dòng)支架支護(hù)，初撐力達(dá)到252 MPa。移架要做到少降、快拉，對(duì)頂板起到有效支護(hù)作用，護(hù)幫板滯后煤機(jī)底滾筒不得超過(guò)10架，由后滾筒司機(jī)完成，護(hù)幫打不到位的由推溜工檢查補(bǔ)打。

2）工作面上方頂板破碎、裂隙較多情況下，應(yīng)采用“帶壓移架法”2]；正常生產(chǎn)時(shí)，遇頂板較為破碎區(qū)域必須單架收，執(zhí)行好煤機(jī)割一架，收一架，拉一架；跟機(jī)拉架不得滯后采煤機(jī)前滾筒2架。

3）保證液壓系統(tǒng)無(wú)竄、漏液等情況，具有良好的支護(hù)狀態(tài)；工作面停機(jī)檢修，必須保證工作面整體壓力小或頂板相對(duì)完好，否則聯(lián)系調(diào)度指揮中心正常組織生產(chǎn)；停機(jī)檢修前，將支架升緊，達(dá)到額定支護(hù)強(qiáng)度，護(hù)幫板打設(shè)到位；降架檢修時(shí)不得連續(xù)降2架及以上，本架檢修完畢之后確保支架升緊，達(dá)到額定支護(hù)強(qiáng)度，護(hù)幫板打設(shè)到位，升架時(shí)查看側(cè)護(hù)板位置，避免咬架。

2.3 工作面周期來(lái)壓期間頂板管理

1）對(duì)工作面周期來(lái)壓位置進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，指導(dǎo)工作面提前護(hù)頂并做好甩壓準(zhǔn)備，周期來(lái)壓期間采用“跟機(jī)邁步帶壓擦頂移架”。

2）周期來(lái)壓期間嚴(yán)格執(zhí)行支架“五到位”制度，即跟機(jī)拉架、超前拉架、初撐力、護(hù)幫板、伸縮梁相互配合支護(hù)[3]。

3）局部來(lái)壓、支架端面切頂、頂板破碎較難控制并有冒頂跡象時(shí)，采取就近加刀方式推進(jìn)，盡快推過(guò)頂板破碎區(qū)域。

4）周期來(lái)壓期間，禁止停機(jī)，壓力甩完后方可停機(jī)。

2.4 工作面末采貫通期間頂板管理

1）每班開(kāi)工前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)檢查頂板支護(hù)情況，存在隱患的情況下必須立即上報(bào)，等待排除隱患，方可進(jìn)入工作地點(diǎn)。

2）在工作面末采貫通期間，嚴(yán)禁進(jìn)入采空區(qū)和盲巷。回撤通道兩端懸掛警示牌，檢查人員經(jīng)過(guò)上報(bào)許可后，方可進(jìn)入回撤通道，且必須有人陪同。

3）工作面貫通期間，在最后一次周期來(lái)壓前，必須使工作面采高比52605工作面回撤通道的對(duì)應(yīng)巷高高出300～500 mm左右，最后一次周期來(lái)壓后，必須使工作面的采高與52605工作面回撤通道的對(duì)應(yīng)巷高保持一致，保證巷道頂板平整。末采貫通停機(jī)掛網(wǎng)及貫通時(shí)避開(kāi)周期來(lái)壓區(qū)域，加強(qiáng)末采200 m范圍礦壓統(tǒng)計(jì)與分析，根據(jù)礦壓規(guī)律，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)組織，保證停機(jī)掛網(wǎng)及貫通避開(kāi)周期來(lái)壓區(qū)域。

3 兩順槽頂板管理

3.1 兩順槽超前支護(hù)方式

回順前20 m采用4臺(tái)ZY12000/25/50D型液壓支架進(jìn)行超前支護(hù)，超前支架位于巷道中間，支架中心線與巷道中心線平齊，嚴(yán)禁壓壞回順頂板錨索（巷道每排2根錨索，間距2 800 mm），正常支護(hù)狀態(tài)下超前支架組支架間距不大于2個(gè)步距，178架伸縮梁、護(hù)幫板打出后與1號(hào)超前架尾梁之間的距離不得超過(guò)5.0 m。回采過(guò)程中頂板異常期間，應(yīng)采用（支架+單體）聯(lián)合支護(hù)，或堆設(shè)木垛支護(hù)[4]。超前支護(hù)示意圖如圖2所示。

運(yùn)順根據(jù)超前支護(hù)驗(yàn)算采用錨桿+錨索支護(hù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)單體支護(hù)的超前支護(hù)方式；在頂板裂隙發(fā)育、破碎、離層等異常現(xiàn)象時(shí)支設(shè)單體、堆設(shè)木垛進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

圖2 52605綜采工作面超前支護(hù)示意圖

3.2 聯(lián)巷口超前支護(hù)管理

1）聯(lián)巷口采用單體支柱進(jìn)行支護(hù)，單體間距1.5 m，兩側(cè)單體支柱距離聯(lián)巷口抹角距離不大于1.5 m；當(dāng)52605回順受二次采動(dòng)的影響頂幫片幫嚴(yán)重時(shí)，必須增設(shè)單體支柱，間距改為1.0 m。

2）超前支護(hù)范圍內(nèi)的單體支柱不允許提前回撤。每天對(duì)工作面兩順槽及聯(lián)巷進(jìn)行敲幫問(wèn)頂及隱患排查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨時(shí)匯報(bào)，及時(shí)處理。

3.3 超前支護(hù)相關(guān)要求

1）超前支架在使用之前，應(yīng)認(rèn)真檢查狀態(tài)是否良好，各液壓元件接觸良好，能正常發(fā)揮作用。

2）被操作支架底下嚴(yán)禁站人；應(yīng)有2人配合操作超前支架，1人操作1人檢查，2人合作作業(yè)，避免危險(xiǎn)狀況發(fā)生；同時(shí)監(jiān)護(hù)人員與操作人員要有統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行交流，操作前發(fā)出警示信號(hào)，不允許附近有工人，若出現(xiàn)問(wèn)題必須立即停止作業(yè)。

3）526 05運(yùn)順側(cè)每推進(jìn)1刀由跟班隊(duì)長(zhǎng)、班長(zhǎng)對(duì)超前50 m范圍內(nèi)的頂幫進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)頂幫異常期間停止生產(chǎn)，查明原因，匯報(bào)技術(shù)人員并制定現(xiàn)場(chǎng)措施，執(zhí)行單體補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

3.4 超前支護(hù)驗(yàn)算

運(yùn)順凈寬5.4 m，凈高3.6 m，每排施工6根φ18 mm×2 100 mm錨桿，排距為1 m，折算1.1根/m2；每排施工4根φ21.6 mm×6 500 mm錨索，排距平均為2 m，折算0.37根/m2。

52605 回順凈寬5.8 m，凈高3.2 m，每排施工5根φ18 mm×2 100 mm錨桿，排距為1.2 m，折算0.72根/m2；每排施工2根φ17.8 mm×6 500 mm錨索，排距為3.6 m，折算0.1根/m2。

超前支護(hù)段頂、底板移近量判斷為直接頂移近量，本工作面直接頂最大厚度為0～2.8 m，取最大值2.8 m。超前支護(hù)段頂板額定支護(hù)強(qiáng)度為：

式中：P1為超前支護(hù)額定支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；h為直接頂厚度，h=2.8 m；r為頂板巖石重力密度，2.53 t/m3；k為應(yīng)力集中系數(shù)，取1.1。

順槽頂板主動(dòng)支護(hù)強(qiáng)度為：

式中：P2為運(yùn)順主動(dòng)支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；P3為回順主動(dòng)支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；Pa為錨桿支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；Pb為錨索支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；60為錨桿錨固力，kN；450為φ21.6 mm×6 500 mm錨索極限承載力，kN；353為φ17.8 mm×6 500 mm錨索極限承載力，kN。

順槽需要補(bǔ)強(qiáng)超前支護(hù)強(qiáng)度為：P4=P1-P2

因P2=232.5（kN/m2）＞76.37（kN/m2），即52605運(yùn)順現(xiàn)有頂板支護(hù)滿足支護(hù)強(qiáng)度要求，即運(yùn)順側(cè)采取頂板錨桿+錨索的超前支護(hù)方式。

式中：P4為運(yùn)順需要超前支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；P4為回順需要超前支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2。

順槽超前支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：P7為回順超前支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；P6為回順單位面積上超前支架支護(hù)強(qiáng)度11.724（kN/m2）。

通過(guò)計(jì)算回順側(cè)采用超前支架組支護(hù)選型符合要求，運(yùn)順側(cè)采取錨桿+錨索超前支護(hù)方式符合要求。

3.5 沿空留巷頂板管理

為保證沿空留巷段頂板安全，沿空留巷滯后段采用的支護(hù)措施主要有：

1）擋矸支架。在3號(hào)架后緊靠柔模砼墻位置設(shè)置一組陜西開(kāi)拓ZRL79200/25/40D型擋矸支架，日常生產(chǎn)期間禁止2架擋矸支架同時(shí)降下，擋矸支架隨工作面推進(jìn)向前跟進(jìn)，擋矸支架前頂梁距離3號(hào)支架。

2）“一梁三柱”架棚支護(hù)。對(duì)巷道副幫至柔模掛設(shè)副幫側(cè)區(qū)域進(jìn)行“一梁三柱”架棚支護(hù)；鋼梁長(zhǎng)度3.6 m，排距1 m，留巷滯后支護(hù)（一梁三柱）距離為120 m，留巷滯后支護(hù)（一梁三柱）滯后1號(hào)架尾梁突出部位距離不大于3 m。支護(hù)方式如圖3所示。

圖3 沿空留巷“一梁三柱”支護(hù)斷面圖

3）柔模砼墻。工作面過(guò)渡架后距支掛柔模的距離達(dá)到3.8 m（柔模長(zhǎng)3 m、側(cè)向支模單體0.2 m）時(shí)，必須及時(shí)支掛柔模，最大不得超過(guò)4.5 m；每日早班進(jìn)行對(duì)生產(chǎn)期間掛設(shè)的柔模進(jìn)行澆筑并保證澆筑質(zhì)量。

3.6 備用支護(hù)材料

距工作面100 m范圍的回順巷道內(nèi)，設(shè)臨時(shí)支護(hù)材料存放點(diǎn)，根據(jù)工作面條件變化準(zhǔn)備充足的備用支護(hù)材料，掛牌處理，記錄名稱、數(shù)量等，由專人負(fù)責(zé)。嚴(yán)禁使用失效和損壞的支護(hù)材料。在運(yùn)順備用單體液壓支柱不少于5根，柱靴、柱帽各不少于3個(gè)，在回順備用單體液壓支柱不少于5根，柱靴、柱帽各不少于4個(gè)（備用單體不低于使用數(shù)量的10 %），塑料網(wǎng)片（寬2.2 m，網(wǎng)格40 mm×40 mm）不少于10 m，圓鋼錨桿（φ18 mm×2 100 mm）不少于10根。

沿空留巷所用支護(hù)材料統(tǒng)一備用在52606切眼位置，支護(hù)材料分類碼放、由專人管理。

4 礦壓觀測(cè)方案

4.1 礦壓觀測(cè)內(nèi)容

礦壓觀測(cè)主要是巷道圍巖離層運(yùn)動(dòng)觀測(cè)、錨桿錨索荷載應(yīng)力監(jiān)測(cè)、支架支護(hù)阻力監(jiān)測(cè)等，針對(duì)工作面前后200 m范圍內(nèi)礦壓及巷道兩幫礦壓，分析頂板變形、破壞狀況，準(zhǔn)確掌握采場(chǎng)及巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[5]。

1）通過(guò)監(jiān)測(cè)巷道頂板和工作面頂板來(lái)壓狀況，分析頂板和支架相互作用機(jī)理，及時(shí)預(yù)報(bào)老頂來(lái)壓，支架的正常使用，為支架選型、支護(hù)阻力選取、巷道內(nèi)支護(hù)等提出優(yōu)化措施，更好的安全高效生產(chǎn)。

2）應(yīng)用新的采煤方法、采煤工藝、支護(hù)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中不斷革新、優(yōu)化，為采煤工藝的創(chuàng)新、優(yōu)化做必要的技術(shù)準(zhǔn)備。

3）分析超前支承壓力影響范圍和分布特點(diǎn)，確定巷道超前支護(hù)范圍，選取巷道合理支護(hù)參數(shù)、工作面端頭支護(hù)參數(shù)。

4.2 觀測(cè)方法

1）支架阻力觀測(cè)。從工作面支架PM32上統(tǒng)計(jì)各支架的初撐力、工作阻力，準(zhǔn)確掌握來(lái)壓的時(shí)間，來(lái)壓的范圍，壓力值大小，壓力持續(xù)時(shí)間，觀測(cè)之后，分析計(jì)算出來(lái)壓步距。

2）支架活柱縮量觀測(cè)。在工作面上、中、下布置測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)支架活柱縮量，根據(jù)循環(huán)次數(shù)，計(jì)算出支架循環(huán)下縮量和下縮速度。

3）兩順槽超前工作面200 m圍巖移近量觀測(cè)。工作面兩順槽每隔100 m設(shè)置1組2處“十字交叉觀測(cè)點(diǎn)”，測(cè)量圍巖原始值，每班指派專人測(cè)量圍巖變形量，分析工作面兩順槽壓力情況[6]。觀測(cè)方案如圖4所示。

圖4 兩順槽超前工作面200 m圍巖觀測(cè)

4）526 05運(yùn)順沿空留巷段滯后工作面200 m圍巖移近量觀測(cè)。52605運(yùn)順沿空留巷段隨著綜采工作面的推進(jìn)將原超前觀測(cè)點(diǎn)保留，每班指派專人測(cè)量圍巖變形量，分析沿空留巷段巷道變形量。

5）礦壓統(tǒng)計(jì)與分析。每班生產(chǎn)時(shí)及時(shí)記錄支架壓力數(shù)據(jù)，采煤技術(shù)員根據(jù)礦壓數(shù)據(jù)、圍巖觀測(cè)數(shù)據(jù)、兩順槽調(diào)車硐室、聯(lián)巷壓力顯現(xiàn)情況，每月形成一份礦壓分析報(bào)告。

4.3 支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

1）錨栓支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)。錨桿測(cè)力計(jì)初始安裝時(shí)，必須給適應(yīng)的預(yù)緊力。柔模配套錨栓采空區(qū)側(cè)必須將螺母擰緊至螺紋最里側(cè)。待砼墻1 h后，必須將巷道側(cè)錨栓重新緊固，托盤必須緊貼砼墻，砼墻4 h內(nèi)，再次緊固錨栓，扭矩不低于150 N·m。

2）錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)。每10根錨桿抽查1根錨桿扭矩，每天進(jìn)行；錨桿每300根（或300根以下）抽樣1組（3根）進(jìn)行錨固力測(cè)試，錨固力不小于50 kN，扭矩不小于120 N·m，失效錨桿及時(shí)進(jìn)行緊固或重新補(bǔ)打，并做好各項(xiàng)檢查記錄。

3）錨索支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)。錨索每天抽查3套進(jìn)行錨固力測(cè)試，初張力不小于14 t，抗拔力不小于22.4 t，失效錨索及時(shí)進(jìn)行緊固或重新補(bǔ)打，并做好各項(xiàng)檢查記錄。

5 結(jié)論

針對(duì)大柳塔井52605綜采工作面頂板狀況分析，提出工作面頂板、巷道頂板的管理支護(hù)措施，對(duì)支架初撐力、煤壁片幫狀況、頂板冒落、超前支護(hù)質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形成了完整的頂板支護(hù)及監(jiān)測(cè)方法。