综采放顶煤工作面顺槽支护设计分析

2018-07-06刘海旗

机械管理开发 2018年6期

刘海旗

（山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西晋中 032600）

1 工程概况

矿井储量丰富，开采技术条件好，煤质优良，市场前景广阔。3号井田可采煤层为2号煤、4号煤、6号煤、7号煤、8号煤、9号煤。目前矿井主要开采2号、4号、-240 m以上6号煤层。其中，2号煤厚3.91～6.95 m，平均5.30 m，采煤工艺以综采放顶煤为主，村庄下采用充填开采，目前最深开采至750 m。

目前，正在准备的3号井田可采煤层工作面地表位于东古佛村东北500 m左右，皆为农田。井下位置及四邻采掘情况为：北至F30断层防水煤柱线，南邻14474工作面（未采），东临近BF1断层，西至-600 m大巷保护煤柱线[1]。

地面平均标高为+168～+171 m，工作面标高-495～-535 m，推进长度454 m，工作面长度80 m，煤厚平均5.5 m，储量28万t。

本地区呈一单斜构造，煤层基本稳定，厚度均在1.2 m左右。煤层倾角浅部较缓，深部较陡。断层附近煤厚可能变薄。老顶为砂质页岩，厚度3.5 m，深灰色质硬，局部含硅质层理明显，含砂质不均匀；直接顶为石灰岩，厚度为0.3～2.0 m，青灰色，性脆较硬，含有少量方解石脉；直接底为细砂岩厚度为1.5～2.4 m，深灰色，长石英为主，硅质胶结，局部含黄铁矿；老底为砂质页岩，厚度为4.5 m，上部石英长石为主含云母，层理清晰。下部含炭质泥质胶结，节理发育局部含细砂。由于工作面临近断层，预计本区域压力较大如图1所示。

根据临近巷道揭露的地质资料分析，该区基本为一单斜构造。本地区属-600水平扩大区，地质构造控制程度较低，根据掘进巷道揭露的资料以及三维地震勘探资料分析，该区断裂构造较为发育，对煤层采掘影响较大。影响本区掘进的主要地质因素为DF7（走向27°～67°、倾向117°～157°、倾角66°、落差 0～3 m）、DF11（走向 128°、倾向 38°、倾角 60°、落差 0～13m）、DF12（走向 24°、倾向114°、倾角 60°、落差 0～8 m）、F30（走向 38°～59°、倾向 128°～149°、倾角 70°、落差 20～90 m）及 BF1（走向 22°、倾向 112°、倾角 70°、落差80 m）断层，除DF12断层外，均对掘进有较大影响。本地区主要充水水源为4号煤顶板石灰岩水，根据临近巷道掘进时揭露的涌水量，预计正常涌水量为0.1 t/min，最大涌水量为0.2 t/min[2]。

图1 4号煤层综合地质柱状图（部分）

2 矿井原有支护方式

目前，工作面顺槽落煤、岩方式为：采用放炮方法落煤，采用ZQS-50/300风动锚头和YT-26气腿式风锤打眼，三级矿用乳化炸药爆破，毫秒电雷管引爆，正向装药，串联式联线，木质炮棍装炮，水炮泥及软炮泥封口，防爆型半导体发爆器引爆。掘进时采用ZWY-150/55L型挖掘式装载机装货。运煤、岩时采用皮带、刮板输送机接力运输。循环作业方式采用“三八”作业制，每班随掘随支护。

综采放顶煤工作面顺槽沿4号煤顶板掘进，斜矩形断面，巷道规格为4.0 m×2.4 m（净宽×净高，巷中顶板向下2.4 m到轨面距离）。巷道顶部采用锚索配合高凸T型钢带和专用T型钢带托板支护。锚索采用直径21.6 mm高强度低松弛钢绞线，长度8.0 m，锚固长度1.8 m，锚索预紧力为100 kN。顶板铺设钢筋网，钢筋网采用Φ6 mm钢筋焊接而成，网片规格为1500 mm×1100 mm，网孔规格100 mm×100 mm，搭接长度100 mm，每100 mm采用12号双股绑丝绑扎一道。采用长度为2000 mm左旋无纵筋高强螺纹钢的树脂锚杆配合W钢带对两帮进行支护，采用专用锚杆托盘、帮钢带（规格：长×宽×厚=2200 mm×140 mm×3 mm）进行封帮，钢带垂直于巷道底板布置。锚杆抗拉拔力不小于40 kN（岩巷70 kN），螺母扭矩达到 200 N·m。

虽然目前矿井工作面顺槽大都采用高强锚杆、锚索联合支护，但由于支护参数选择不合理，支护施工质量监控不够严格，4号煤层掘顺槽均出现不同程度的变形和破坏，特别是4号煤层顶板出现了较大范围的平行于巷道轴向的裂缝，对工作面安全掘进已经产生了较大影响，迫切需要4号煤层综采放顶煤工作面支护参数进行规范和优化。

3 综采放顶煤工作面顺槽锚杆、锚索支护参数优化

综采放顶煤工作面顺槽掘进净宽度为4000 mm，巷中掘进净高度为2400 mm。

顶板的锚杆：型号为Φ20 mm×2400 mm左旋螺纹钢高强的锚杆，匹配150 mm×150 mm×12 mm高强拱形托盘与高强螺母。用加长的树脂锚固，28 mm为钻孔直径，K2335和Z2360各1支用作为锚固剂的规格，顶板配以钢筋网作为辅助支护，钢筋网采用Φ6 mm的钢筋自行焊接制作，顶板钢筋网规格为2000 mm×1100 mm，相邻网搭接约100 mm，铁丝钮扣联结[3]。

顶板的锚索：使用1×7股高强度低松弛钢绞线制，长为7300 mm，Φ21.6 mm，具体的有效长度7000mm左右，一排布置2根，其中间距确定为2000 mm，排距确定为2000 mm，两根锚索分别距离巷道两帮1000 mm，锚索应紧跟掘进迎头施工。锚索采用3支树脂锚固剂锚固，1支K2335，2支Z2360，理论锚固长度约为1400 mm，在锚索锚固端1300 mm处施加挡圈。锚索托盘采用300 mm×300 mm×12 mm的高强托盘，如果锚索不能垂直巷道顶板布置，应加设调心球垫，锚索预紧力应≥250 kN[4]。

两帮锚杆：型号为Φ20 mm×2400 mm左旋螺纹钢高强的锚杆，匹配150 mm×150 mm×12 mm高强拱形托盘与高强螺母，是配套产品。加长树脂锚固，钻孔直径≤30 mm，K2335和Z2360各1支用作为锚固剂的规格，锚杆预紧力矩不低于200 N·m，但不超过500 N·m。两帮金属网规格分别为2610 mm×1100 mm和2190 mm×1100 mm，相邻网搭接约100 mm，用铁丝钮扣来进行联结，网扣间距不超过200 mm。