综采工作面超前复合支护优化设计及其应用

曹奎奎

（河南永锦能源有限公司云盖山煤矿二矿，河南 许昌 461683）

1 23304智能化综放工作面概况

23304智能化综放工作面超前需沿底替换抬顶煤支护，智能化综放工作面设备大型化、重型化；下超前转载机及皮带尾宽度2.2 m，支护宽度达2.6 m；且转载机电机处高度2.1 m，支护高度需达2.4 m以上；转载机长度45 m、皮带机尾6 m，支护长度超过50 m。

工作面下超前支护长度较长、工作面退进度慢，超前支护压力显现，变形较快，出现π型梁压转载机电机、π型梁回撤困难等情况；每班需安排人员对转载机、皮带机尾卧底。

经过2021年6月至2021年8月对23304综采工作面采动数据观察和分析，发现23304综采工作面下超前受采动影响变形较大，所以2021年9月开始对23304工作面增加主动锚网索托梁支护，配合被动支护单体柱配合倾向π型梁“一梁三柱”支护，超前支护单体支柱初撑力必须达到6 MPa（绞顶地段及贴帮柱不低于4 MPa），每班在交接班时对单体支柱补液，班中根据检查的情况循环补液；局部根据支护情况打设锚索托梁加固。

2 项目实施主要内容及技术关键

1）工作面下超前支护长度较长、工作面退进度慢，超前支护压力显现，变形较快，出现π型梁压转载机电机、π型梁回撤困难等情况；每班需安排人员对转载机、皮带机尾卧底[1-3]。

2）托顶煤锚索梁：使用锚杆机风排粉打设锚索钻孔，钻孔穿过煤层后，进入顶板岩层1.5 m以上，将锚索锚固端固定在顶板硬岩不低于1.5 m配合锚索梁对顶煤进行支护[4]。

3）增加主动支护：使用锚网增加浅部围岩强度，使用锚索托梁加固深部围岩强度；由于运输顺槽采用沿底抬顶煤掘进，工作面超前支护采用“π型梁+单体柱”被动支护，变形量较大；为增加支护强度采用主被动支护结合的“π型梁+单体柱+锚索托梁”支护方式。

4）优化超前支护：使用全断面走向“π型梁+单体柱”支护替换成巷中两排“倾向π型梁+单体柱”支护，利于π型梁回撤及复用，降低了支护成本、减轻了职工劳动强度，提高了施工安全系数[5-6]。

3 项目创新点

1）托顶煤锚索梁：使用锚杆机风排粉打设锚索钻孔，钻孔穿过煤层后，进入顶板岩层1.5 m以上，将锚索锚固端固定在顶板硬岩不低于1.5 m配合锚索梁对顶煤进行支护。

2）增加主动支护：使用主动锚网索托梁替换被动U型拱支护，顶部采用Φ22 mm×2400 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合M钢带，锚杆间排距800 mm×800 mm；帮部采用Φ20 mm×2500 mm的右旋螺纹钢锚杆配合M钢带，锚杆间排距800 mm×800 mm；全断面采用钢筋网护顶、帮，钢筋网采用规格1500 mm×1100 mm，网孔为75 mm×75 mm；钢网与钢网搭接长度不小于75 mm，使用双股14号铁丝两孔双排三花布置。帮部使用M钢带，帮部钢筋网里侧铺设双层塑编网。顶部采用Φ21.6 mm×10000 mm的锚索配合锚索托梁，锚索间排距1300 mm×800 mm，巷道上帮采用Φ21.6 mm×4000 mm的锚索配合锚索托梁加固、下帮采用Φ21.6 mm×6000 mm的锚索配合锚索托梁加固，锚索托梁位于帮部第一、二根锚杆中部（见下页图1、图2）[7]。

图1 23304运输顺槽锚网索支护巷道断面图（单位：mm）

图2 23304运输顺槽锚网索支护巷道俯视图（单位：mm）

3）优化超前支护：使用全断面走向“π型梁+单体柱”支护替换成巷中两排“倾向π型梁+单体柱”支护，利于π型梁回撤及复用，降低了支护成本、减轻了职工劳动强度、提高了施工安全系数[8-9]。

4 效益分析

该项目的应用实践表明，变被动支护为主动支护，即保证了浅部围岩强度（锚网支护），也利用了深部围岩强度（托顶煤锚索梁），保证了工作面安全高效生产；原工作面工作面被动超前支护，约有40%π型梁无法回撤或修复，23304工作面下超前节约了π型梁20余万元减少了人工费等成本支出10余万元/月。

5 推广应用前景

该项目的应用优化了支护，改善了围岩受力状态，变“被动”为“主动”，保证了工作面安全高效生产；减小了工人劳动强度，减少辅助运输量；简化工作面超前支护；减少了巷道维修量；降低了支护成本；减少设备损坏、提高了安全生产系数，为以后抬顶煤综放工作面超前支护提供参考依据，具有显著的社会经济效益和广阔的应用前景。