王旭滿

（山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

1 工作面概況

高河能源礦業(yè)位于山西省長(zhǎng)治境內(nèi)，區(qū)域批復(fù)可采煤層為4#煤層，401綜采工作面為4#煤層的首采面，工作面全長(zhǎng)480m，煤層平均厚度為2.8m，采高約為2.1m，4#煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為0.6m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度4.88m，基本頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度8.4m，直接底為砂紙泥巖，平均厚度3.23m，根據(jù)礦壓觀測(cè)結(jié)果顯示，工作面初次來(lái)壓的步距大約在26～28m之間，來(lái)壓最大強(qiáng)度為62MPa，工作面周期來(lái)壓的步距大約在18-22m之間，來(lái)壓最大強(qiáng)度為66MPa。

2 切頂卸壓頂板力學(xué)特征

在進(jìn)行切頂卸壓自動(dòng)成巷工藝后，隨著工作面的推進(jìn)，直接頂垮落，基本頂懸露的面積不斷增加，當(dāng)基本頂?shù)纳细草d荷超過(guò)其承載極限時(shí)，會(huì)出現(xiàn)基本頂垮落坍塌的現(xiàn)象，并對(duì)沿空留巷產(chǎn)生較大的影響，具體表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

1）由于基本頂懸頂位于沿空巷道的頂部，在重力的作用下，存在于基本頂與上覆巖層中的接觸面擴(kuò)張，接觸應(yīng)力會(huì)明顯降低，基本頂與上覆巖層由于變形的不一致性會(huì)逐漸出現(xiàn)層間的錯(cuò)位、偏移現(xiàn)象，最終在對(duì)兩者的接觸面形成一定程度的剪切破壞[1-2]。

2）在基本頂懸頂?shù)淖饔孟?，巷道?nèi)部應(yīng)力出現(xiàn)積聚現(xiàn)象，特別是位于采空區(qū)一側(cè)的巷道，其頂板下沉量與頂板離層現(xiàn)象要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于巷道內(nèi)的其它區(qū)域，巷旁支護(hù)也會(huì)由于懸頂梁的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生較大的困難[3]，此時(shí)，需加強(qiáng)巷道的支護(hù)強(qiáng)度，避免因支護(hù)強(qiáng)度過(guò)低而造成支護(hù)設(shè)備被壓死、甚至是壓垮的現(xiàn)象。

3 切頂卸壓自動(dòng)成巷支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 端頭支架優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著401綜采工作面的推進(jìn)，對(duì)采空區(qū)的垮落情況及巷道圍巖的變形情況進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，401工作面在頂板初次來(lái)壓后，運(yùn)輸順槽出現(xiàn)了大面積的懸頂，頂板垮落現(xiàn)象較為嚴(yán)重，工作面在周期來(lái)壓后，采空區(qū)上覆巖層出現(xiàn)了較大范圍的貫通裂隙，工作面端頭支架對(duì)頂板錨索、網(wǎng)片造成了較為嚴(yán)重的破壞，為保證巷道頂板的穩(wěn)定性，現(xiàn)對(duì)端頭支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體優(yōu)化工藝如下：

1）當(dāng)401綜采工作面推進(jìn)到切眼位置時(shí)對(duì)1#端頭支架進(jìn)行回撤；

2）對(duì)焊接推拉頭進(jìn)行重新加工，具體做法為：采用不小于20mm的厚鋼板制作四塊加高塊件（加高塊四周需焊接起吊環(huán)），并在加高塊的中部設(shè)置防壓塊件，各防壓塊件采用12#工字鋼均勻布置；

3）對(duì)2#端頭支架向機(jī)尾處進(jìn)行偏移，偏移距離為300mm；

4）對(duì)3#端頭支架向機(jī)尾處進(jìn)行偏移，偏移距離為1100mm；

5）在端頭支架上方焊接加高塊件，保護(hù)順槽錨索不被破壞。

端頭支架優(yōu)化布置斷面圖與設(shè)計(jì)三視圖如圖1、圖2所示。

3.2 頂板掛網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為防止采空區(qū)的矸石垮落進(jìn)入到巷道內(nèi)部，一般通過(guò)對(duì)工作面端頭支架處架設(shè)鐵絲網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)等技術(shù)手段阻止矸石的滑入，即將鐵絲網(wǎng)的兩端分別與端頭支架、頂板進(jìn)行搭接，進(jìn)而形成一層保護(hù)網(wǎng)，阻擋矸石的進(jìn)入[4]。在工程施工中，在多處側(cè)幫鐵絲網(wǎng)中出現(xiàn)了“網(wǎng)兜”的現(xiàn)象，在很大程度上阻止采空區(qū)矸石進(jìn)入巷道的同時(shí)，也對(duì)巷道的整體成巷以及后期的噴漿加固處理帶來(lái)了不利影響[5]，因此，現(xiàn)對(duì)頂板掛網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證整體成巷的效果。

圖1 端頭支架優(yōu)化布置斷面圖

圖2 端頭支架優(yōu)化設(shè)計(jì)三視圖

“網(wǎng)兜”的形成是造成整體成巷的最直接因素，因此，對(duì)“網(wǎng)兜”的優(yōu)化處理的是研究的重點(diǎn)，在施工生產(chǎn)中，完全將“網(wǎng)兜”去除、避免“網(wǎng)兜”的出現(xiàn)都是難以實(shí)現(xiàn)的，因此，盡量避免“大網(wǎng)兜”的出現(xiàn)，減小“網(wǎng)兜”出現(xiàn)的數(shù)量是施工的目標(biāo)。

在對(duì)支架頂部進(jìn)行鐵絲網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)，需保證鋪設(shè)長(zhǎng)度與工作面長(zhǎng)度保持一致，鐵絲網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度可由公式（1）確定。

式中：Ld、L、Ly分別為鐵絲網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度cm。鐵絲網(wǎng)寬度cm和鐵絲網(wǎng)壓底長(zhǎng)度cm；H為巷道高度cm；d為水溝溝深cm。

3.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為確定出最佳試驗(yàn)方案，試驗(yàn)共制定4階段的分組試驗(yàn)，試驗(yàn)段編號(hào)分別為A、B、C、D試驗(yàn)段，各階段的試驗(yàn)巷道長(zhǎng)度為10m，高度為2.3m，各試驗(yàn)段的位置示意如圖3所示。

由巷道高度將網(wǎng)和頂板兩者搭接的寬度進(jìn)行設(shè)定，本次設(shè)計(jì)想將最佳試驗(yàn)效果確定出來(lái)，共制定了A到D四個(gè)不同的試驗(yàn)階段。每個(gè)階段的巷道高均為2.3m，長(zhǎng)度均為10m。具體階段位置見(jiàn)圖3。

圖3 各試驗(yàn)段位置示意圖

各試驗(yàn)段參數(shù)設(shè)置如下：

A試驗(yàn)段：設(shè)定鐵絲網(wǎng)與頂板的搭接長(zhǎng)度在0.65 m～0.9m之間，通過(guò)公式（1）可確定出另一端壓底的長(zhǎng)度在0.6m～0.85m之間；

B試驗(yàn)段：設(shè)定鐵絲網(wǎng)與頂板的搭接長(zhǎng)度在0.9m～1.15m之間，通過(guò)公式（1）可確定出另一端壓底的長(zhǎng)度在0.35m～0.6m之間；

C試驗(yàn)段：設(shè)定鐵絲網(wǎng)與頂板的搭接長(zhǎng)度在1.15m～1.3m之間，通過(guò)公式（1）可確定出另一端壓底的長(zhǎng)度在0.2m～0.35m之間；

D試驗(yàn)段：設(shè)定鐵絲網(wǎng)與頂板的搭接長(zhǎng)度在1.30m～1.50m之間，通過(guò)公式（1）可確定出另一端壓底的長(zhǎng)度在0m～0.2m之間。

對(duì)試驗(yàn)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施，對(duì)各試驗(yàn)段產(chǎn)生的網(wǎng)兜尺寸進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用反饋回的數(shù)據(jù)對(duì)方案隨時(shí)調(diào)整，在施工過(guò)程中，為避免安全隱患，對(duì)于出現(xiàn)的網(wǎng)兜，在監(jiān)測(cè)記錄的同時(shí)，需將鐵絲網(wǎng)一端與網(wǎng)兜起始處進(jìn)行搭接，另一端埋設(shè)在水溝中，防止矸石落入巷道，影響工作面正常生產(chǎn)。

3.2.2 試驗(yàn)效果分析

按照預(yù)設(shè)方案對(duì)各試驗(yàn)段產(chǎn)生網(wǎng)兜的具體情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)包括網(wǎng)兜高度以及網(wǎng)兜深度，A、、B、C、D試驗(yàn)段距工作面距離與網(wǎng)兜深度、高度的關(guān)系曲線分別如圖4、圖5所示。

圖4 A、B、C、D試驗(yàn)段距工作面距離與網(wǎng)兜深度關(guān)系曲線圖

對(duì)圖4、圖5進(jìn)行分析可知，隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，布設(shè)的鐵絲網(wǎng)隨矸石數(shù)量的增加出現(xiàn)了網(wǎng)兜，網(wǎng)兜的深度、高度與鐵絲網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度與壓底長(zhǎng)度有著直接的關(guān)系，通過(guò)圖示，可以看出，在各試驗(yàn)階段中，網(wǎng)兜效果最好的一組為C試驗(yàn)段，即當(dāng)鐵絲網(wǎng)搭接長(zhǎng)度為1.15m～1.40m，壓底長(zhǎng)度為0.2m～0.35m時(shí)，試驗(yàn)效果最好，其產(chǎn)生的網(wǎng)兜高度在5cm～25cm之間，網(wǎng)兜深度在3～18cm之間，該試驗(yàn)方案能夠較大程度地利用材料，有效阻止采空區(qū)矸石躥入巷道，保證施工的安全性。

圖5 A、B、C、D試驗(yàn)段距工作面距離與網(wǎng)兜高度關(guān)系曲線圖

4 結(jié) 語(yǔ)

采用切頂卸壓自動(dòng)成巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)后，巷道靠近采空區(qū)的幫部主要是以采場(chǎng)頂板巖石為基礎(chǔ)，隨著工作面的推進(jìn)，位于采空區(qū)一側(cè)的巷道頂板應(yīng)力積聚，給巷道支護(hù)帶來(lái)較大困難，針對(duì)高河能源401綜采工作面在周期來(lái)壓后，采空區(qū)上覆巖層出現(xiàn)了較大范圍的貫通裂隙，工作面端頭支架對(duì)頂板錨索、網(wǎng)片造成了較為嚴(yán)重的破壞的問(wèn)題，進(jìn)行了端頭支架優(yōu)化設(shè)計(jì)與頂板掛網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地保證了巷道頂板的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了工作面安全生產(chǎn)。