掘进工作面巷道临时支护方案分析
2020-07-08秦泽
秦泽
(山西兰花集团 莒山煤矿有限公司， 山西 晋城 048027)
0 引言
巷道掘进是煤矿生产中的重要环节。掘进工作面由于作业空间有限，端头区域处于空顶状态，当巷道围岩应力状况复杂时极易发生冒顶事故[1-3]。本文以山西兰花集团莒山煤矿有限公司二采区运输巷为工程背景，研究了巷道临时支护方案并确定了临时支护支架组型号，为掘进工作面的安全开采奠定了基础。
1 运输巷工程概况
山西兰花集团莒山煤矿有限公司二采区运输巷设计为矩形断面，见图1。其掘进宽度为5.2 m，高为3.21 m，巷道净宽为5.0 m，净高为3.0 m。采用高性能预应力锚杆、金属网、钢筋托梁和喷射混凝土进行锚网喷支护。锚杆采用高性能螺纹钢锚杆，规格为φ20 mm×2 000 mm，杆体采用直径为22 mm的左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号BHRB400，杆尾螺纹为M22，顶锚杆和帮锚杆间排距均为800 mm×800 mm，锚杆孔直径为28 mm；采用1卷K2335、1卷Z2360型树脂药卷加长锚固，锚固长度不少于1.0 m，顶锚杆最低锚固力120 kN，帮锚杆最低锚固力80 kN，预紧扭矩不小于200 N·m；托盘采用拱型高强度托盘，规格为120 mm×120 mm×8 mm。
在完成锚网喷初次支护之后，及时进行锚索加强支护。锚索直径为15.24 mm，锚索长度为8 300 mm，锚索采用3-0-3-0方式布置，间排距为1 600 mm×1 600 mm；孔径为32 mm，采用1卷CK2335、2卷Z2360型树脂药卷加长锚固；其极限承载力为260 kN，伸长率为3.5%；最低锚固力200 kN，预紧力不小于100 kN；采用高强度可调心托盘，规格为300 mm×300 mm×20 mm，并采用专用锚具与设备进行张拉、固定和切割。
图1 巷道支护断面
2 支护强度分析计算
二采区运输大巷顶板为砂质泥岩，掘进过程中巷道围岩会受到一定影响。工作面开采期间巷道受采动影响较大，围岩受到进一步影响，岩层裂隙进一步发育，强度降低，可将其视为散体介质。按照弹性理论[4-6]进行如下计算。
1) 巷道顶板岩体破碎带高度h0可按下式计算：
h0=RP-h
(1)
式中：h为非圆巷道等效圆中心至顶板的高度，换算值取1.90 m;Rp为岩石破碎带半径，可由下式计算：
(2)
式中:R0为非圆形巷道的等效面掘进半径，取2.56 m；r为岩体岩重，取25 kN/m3；z为巷道中心距地表深度，取最大值185 m；φ为煤体内摩擦角，取28 °;C为煤体黏结强度，取960 kN/m2。
通过计算可得h0=1.83 m。
2) 巷道最大围岩压力q可按下式计算：
q=K1·K2·h0·γ
(3)
式中:K1为上工作面采动残余影响系数，取1.8；K2为本工作面采动影响系数，取2.0。
3) 支架工作阻力F按式(4)计算：
(4)
式中：L为支架控顶距，取10 m；B为巷道宽度，取5.2 m；η为支撑效率，取0.9。
将各参数代入计算,得到巷道最大围岩压力q=45.12 kPa。
3 支护方案分析
3.1 确定参数
在巷道掘进过程中，巷道端头区域掘进机下方区域属于工作面作业区域，无法对巷道进行永久锚杆支护，故需要对巷道进行临时型支护。根据实际情况并结合掘进设备空间长度，确定使用ZL2×1600/24/32型超前临时支护支架组，支架控制方式为手动/遥控。主要技术参数如下：
支护高度/mm
2 400～3 200
支护宽度/mm
5 000
工作阻力/kN
3 200(P=35 MPa)
初撑力/kN
2 280(P=25 MPa)
立柱内径/mm
￠145
支护强度/MPa
>0.05
对底板平均比压/MPa
≤1.2
3.2 临时支架组组成
临时支架组由两架框架式支架组成,单架支架由横梁、纵梁、前挑梁及立柱组成。两架支架互为支撑,相互向前推进。其中一架向前移动时,另一架支架撑顶支护。在移架过程中,始终有一架支架临时支护顶板，保持临时支护区域顶板处于支撑状态。图2为ZL2×1600/24/32型支架组及布置方式。
图2 ZL2×1600/24/32型支架组及布置方式
4 支护效果
二采区运输巷在掘进过程中使用ZL2×1600/24/32型临时支架组进行掘进工作面巷道临时支护。掘进期间支护区域巷道顶板基本保持了稳定、完整状态，为锚杆支护提供了稳定的作用载体，且未有冒顶现象发生，表明巷道临时支护效果良好，保证了掘进工作面的安全高效开采。
5 结论
结合山西兰花集团莒山煤矿有限公司二采区运输巷掘进工作面开采地质条件，分析了巷道掘进临时支护强度，结合掘进工作面设备实际布置情况，确定使用ZL2×1600/24/32型临时支架组进行临时支护。实践表明巷道掘进工作面临时支护效果良好，保证了工作面的安全施工。
