柔性支护技术在3101工作面的应用分析

梁福兵

（山西长治联盛首阳山煤业有限公司，山西 长治 047100）

对于井下采掘工作面过陷落柱，上木料接顶辅助支架是对周围岩巷最常用支护方法之一[1-2]。在次基础上，煤矿技术工作者在综合考虑支护效果、成本等因素后，探索出了一种柔性支护技术[3]。该技术的核心是使用“金属铁丝网+钢丝绳”组合而成的网状结构对顶板围岩形成整体控制。长期工业性使用证明，柔性支护技术对采掘工作面过断层、陷落柱等地质构造带有巨大的优势，不仅施工周期段，还可大幅缩减企业生产成本。

1 项目概况

1.1 工作面概况

山西长治联盛首阳山煤业有限公司（以下简称首阳山煤矿），位于长治市上党区，面积10.9 m2，年产能力0.9 Mt/a，批准开采3、9号煤层。目前，首阳山煤矿为减少井巷工程量，将3号煤首采工作面布置在巷道北侧，命名为3101工作面。

1.2 陷落柱概况

首阳山煤矿3101工作面在回采过程中会遭遇陷落柱[4]，根据现场已探明的资料显示，该陷落柱为不规则椭圆形，东西方向宽约50 m，南北方向长约35 m，位于3101联络巷向北240 m处，具体见图1。

根据3101回风顺槽和3101运输顺槽掘进情况及对该陷落柱的钻探情况判断该陷落柱无导水现象。为了更好地解决资源浪费、实现煤炭回收最大化、减少顶板事故与材料浪费等系列问题，在生产实践中，首阳山煤矿探索出了一种“金属网+钢丝绳”控制顶板围岩的柔性支护技术手段。

图1 3101工作面陷落柱示意图

2 柔性支护技术

柔性支护技术在实践过程中，与传统支护技术最大的区别就是可以允许围岩存在一定的形变，它可以有效发挥围岩自承能力，甚至同被加固的岩体作整体运动时仍能保证相当大支护抗力。

2.1 矿用金属网类型

煤矿柔性支护常用金属网主要分为铁丝网和钢筋网2种材质，铁丝网按网孔形状又分为经纬铁丝网和菱形铁丝网，均采用编制工艺铺设，钢筋网则采用焊接工艺。

1）经纬铁丝网。网孔结构简单，为四边长度50 mm的正方形网格，支护时单根铁丝受力，主要依靠铁丝自身强度承压时。由于该网通常采用捆绑方式铺设，网格空档处易受岩石挤撑，导致网格撑大、变形，岩块掉落，影响安全，因此目前使用率较低。

2）菱形铁丝网。通常由热镀锌低碳钢加工制成，为扁螺旋结构，由于其菱形网孔结构具有柔性好、强度高的特点，受力较经纬网更加均匀，同时具有壹折叠、拆装的特性，因此适合井下成捆运输、大面积铺设。

3）钢筋网。钢筋网为尺寸100 mm的正方形钢筋网格焊接而成，钢丝直径在70 mm左右。该尺寸钢筋网强度和刚度比例最佳，可以有效对巷道顶板形成保护，抑制围岩松散垮落，而目前广泛用于对应力集中、大变形的巷道支护。

2.2 金属网受力变形分析

金属网对巷道围岩的支护作用力与金属丝抗拉强度成正比，与锚杆间距作用成反比。金属网承压，会在中央部位出现洼地现象，此时金属网主要承受顶板围岩的载荷，除受拉力作用以外，还受剪切、弯曲、扭转等复合应力的影响。因此如遇巷道较为松散破碎围岩，应选用强度和刚度较大的钢筋网，同时配合抗弯刚度大的锚杆构件进行支护，可以有效形成对巷道围岩的保护。

2.3 金属网优势分析

相比较其他柔性支护，金属网的材质在成本、可回收率、支护效果等方面优势更加明显。具体分析认为，在巷道支护过程中，同为柔性支护的塑钢网易受机械设备的碰撞摩擦导致损坏，回收率较低。经核算，金属网为25元／m2，塑钢网顶网为21元／m2；但是金属网回收率较塑钢网高50%左右，综合降本增效的角度，金属网是柔性支护的首选。

3 过陷落柱技术方案

3.1 施工方法

为确保3101工作面回采期间的顶板安全，将选用柔性支护技术，“金属铁丝网+钢丝绳”加强支护，具体操作规格见图2，提前5m上网，上网距离为40m；上网、上绳范围：铁丝网规格长×款为1.0 m×10 m的金属网。铺网要求方面，L为钢丝绳间距，取500 mm；M1为网长边搭接量，取200 mm；M2位短边搭接，取100 mm；F为钢丝绳搭接量，取5 m。

图2 3101工作面过陷落柱铺网示意图

3.2 打眼、装药与爆破

针对3101工作面过陷落柱，使用YT28凿岩机进行松动爆破，打眼过程中需注意每次打眼数量控制在8个以内。炸药采用矿用Ⅱ级乳化炸药，配合瞬发式电雷管，起爆期间所有操作需由专职放炮员完成，每次爆破距离≤10 m。炸药的填装采用正向装药法，严禁使用可燃性材料作为炮眼封泥材料。当炮眼深度＜1 m时，封泥长度应大于炮眼深度的50%；当炮眼深度＞1 m时，封泥长度需＞0.5 m。

3.3 收尾工作

每次爆破工作结束后，需进行支护工作，当端面距超过0.3 m时，及时超前拉架，并伸出前梁，如还不能有效支护，应采取支设带帽点柱的方式维护顶板，带帽点柱间距500 mm。待支护完成后，经由班组长、安全员、瓦检员对顶板、煤帮、瓦斯进行检测，确定无危险后开动采煤机进行除渣工作。

3.4 效果分析

施工实践统计发现，3101工作面过陷落柱共计用时20 d。期间矿压无明显变化，围岩变形量控制在5 mm以内，处于稳定状态。20 d内未发生一起顶板垮塌、片帮伤人、烂网等事故，可见柔性支护技术较传统支护具有施工周期短、支护稳定的优势，成功完成了安全高效通过构造的目的。

4 重点环节把控

4.1 顶板安全管理

进行铺网工作前，需要由安全员和班组长对工作面陷落柱段的顶板情况进行全面检查，确认无矸石掉落的危险性后方可作业。3101工作面过陷落柱期间，顶板受陷落柱影响，部分破碎处必须进行超前拉架，如遇顶板破碎严重，矿压显现强烈时，必须及时加强顶板支护措施，同时严防倒架、斜柱、支架不直等隐患现象发生。如需人员进入煤壁侧作业时，要严格执行敲帮问顶制度，遇到顶板破碎、漏顶、片帮时，必须采取措施处理后方可进行作业，确保施工安全。

4.2 生产安全管理

工作面过陷落柱期间要合理安排和组织好生产，适当加快推进速度，尽快推过陷落柱区，以防顶板来压造成移架困难。

4.3 防治水安全管理

过陷落柱过程中，陷落柱可能出现导水现象，导致涌水或溃泥淹没工作面造成人员伤亡。工作面过陷落柱期间，防治水科必须每天对该陷落柱的涌水量进行观测，如涌水量出现增大现象时，应及时在顺槽内增设水泵，加强抽排水管理；工作面过陷落柱期间，安全员及跟班班队长必须每班观测顶板淋水变化情况，并由采煤队负责安排专人对排水系统进行检查，必须确保排水系统运行正常。

5 结语

首阳山煤矿在3101工作面回采过程中，于3101联络巷向北会遭遇陷落柱。针对该问题本文对巷道的支护工作提出了以“金属铁丝网+钢丝绳”为主的柔性支护方案，并制定了瓦斯通防、水害防治等有效措施。结果显示，3101工作面过陷落柱共计用时20 d，期间矿压无明显变化，围岩变形量控制在5 mm以内，成功实现了安全高效过陷落柱的目的，并取得了良好的经济效益，对于类似矿山有一定的借鉴价值。