掘进工作面帮顶控制

巩贺+赵伟

摘 要：随着国家对安全工作的重视程度不断增加，维护掘进工作的安全，减少和有效避免施工事故的发生成为人们关注的重点。有效的掘进工作面帮顶控制，可以切实提升采、掘、修工作面的帮顶管理效率，尤其在特殊地质条件下，掘进工作面帮顶更加难以控制，断层区域、高瓦斯区等都是造成掘进工作面帮顶事故发生的主要原因，本文通过分析煤（岩）层赋存特征，对巷道支护参数进行设计，并实时监控帮顶变化情况，并对监控数据进行分析，最终实现矿井的安全掘进。

关键词：掘进工作面；煤层；顶板

中图分类号：TD63文献标识码：A

一、煤（岩）层赋存特征

该掘进工作面处于高瓦斯区有突出危险，沿二2煤层煤层顶板掘进，井下标高为-686～-750m，巷道总体上煤层赋存稳定，结构简单，煤类以贫煤为主，全区可采，煤层总体上走向近东西、倾向北。煤层产状从资料分析有较大变化，可能发育未知断层发育。煤层倾角为-2°，煤层厚度2.0～2.6m，平均厚度2.3m。详情见表1。

二、支护参数设计

（一）按悬吊理论设计锚杆支护参数

在层状岩层中开挖的巷道，顶板岩层的滑移与分离可能导致顶板的破碎直到冒落；在节理裂隙发育的巷道中，松脱岩块的冒落可能造成对生产的威胁；在软弱岩层中开挖的巷道，围岩破碎带内不稳定岩块在自重作用下也可能发生冒落。如果锚杆加固系统能够提供足够的支护阻力将松脱顶板或危岩悬吊在稳定岩层中，就能保证巷道围岩的稳定。巷道设计为净宽4600mm、净高3400mm。

1.顶锚杆支护参数设计

（1）锚杆长度计算：

L=K·H+L1+L2

式中：

L--锚杆长度（m）；

H--不稳定岩层厚度（m），其中：H==7÷（2×5）=0.7，式中：B--巷道开掘宽度，取7m（切眼宽度），f--岩石坚固性系数，取5；

L1--锚杆锚入稳定岩层的深度，一般取0.5m；

L2--锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.1m；

K--安全系数，一般取2；

则：L=2×0.7+0.5+0.1=2m

2.帮锚杆通过类比法合理选择支护参数

两帮锚杆采用无纵肋螺纹钢式锚杆，间排距均为700mm×700mm，亦符合要求。

（二）按（锚杆+锚索）组合梁悬吊理论设计锚索的间距

根据地质钻孔柱状分析，直接顶为泥岩无坚硬岩层，为防止巷道顶板岩层发生大面积整体跨落，用Φ17.8mm×8000mm的钢绞线，将锚杆加固的"组合梁"整体悬吊于坚硬岩层中，校核锚索间距，冒落方式按最严重的冒落高度考虑，此时，靠巷道两帮的角锚杆和锚索一起发挥悬吊作用，在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可用下式计算锚索间距。

式中：L-锚索间距；

B-巷道最大冒落宽度；

H-巷道冒落高度，取1.7m；

-岩体容重，25.48kN/m3；

L1-锚杆排距，0.7m ；

F1-锚杆锚固力，100kN；

F2-锚索极限承载力，取320kN；

θ-角锚杆与巷道顶板的夹角，75°；

n-锚索排数，取1；

所以设计锚索间排距为1.4×1.4m排距均小于5m。

三、帮顶观测

用ML-20（T）C锚杆拉力计、MC0-300扭力矩扳手对锚杆的锚固力，实施抽查检测，用MQ18-200/40型锚索张拉机具对锚索荷载实施检测。用LBY-3型顶板离层仪观察顶板位移量，在顶帮设标记观察点，用钢尺实测量巷道表面位移，即顶底板和两帮移近量。详情见表2。

表2.矿压观测内容表

序号

观察项目

观察目的

观察方法

1

巷道浅部顶板移近量

顶层0～1.8m煤层及岩层变化量

观察浅层离层仪读数

2

巷道深部顶板移近量

顶层1.8～6m顶板变化情况

观察深层离层仪读数

3

两帮相对移近量

两帮移近量

在标记点间用皮尺量

4

锚索载荷

是否达到设计要求

使用MS15-230/55机具

5

帮锚杆锚固力

是否达到设计要求

用ML-20（T）C锚杆拉力计

三、观测方法：

工作面掘进至50m后，开始布置测站，测站间距100m，误差不超过10m，共设15个测站。每个测站设置一个观测断面，在观测断面的巷道正顶安装一个LBY-3型顶板离层仪，观察并记录离层仪的初始读数，安装好后1个月内每天观测记录1次，待稳定后每周观测记录1次；在安装顶板离层仪位置的巷道两帮各标记1个观察点，用皮尺分别测量两帮距顶板离层仪垂线的距离，观察并记录初始读数，之后每10天测量1次数据；用ML-20（T）C锚杆拉力计、MC0-300扭力矩扳手、MQ18-200/40型锚索张拉机具分别对锚杆的锚固力、扭矩力、锚索载荷实施抽查检测。

此巷道通过对多个测站所有数据综合进行分析，发现问题及时处理，实时监控帮顶变化情况，从而保证该巷道支护质量。

参考文献：

[1] 康红普. 煤巷锚杆支护成套技术研究与实践[J]. 岩石力学与工程学报. 2005（21）

[2] 陈苏社. 大柳塔煤矿跨大巷无腿立交新技术试验研究[J]. 煤炭工程. 2013（06）

[3]王雪；矿井掘进面空气环境的局部降温系统与装置的研究[D]；武汉纺织大学；2013年