唐 強(qiáng)

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶40037）

0 引言

巷道回采過程中，回風(fēng)巷未進(jìn)行超前支護(hù)或超前支護(hù)不當(dāng)會導(dǎo)致回風(fēng)巷破裂坍塌，巷道被堵之后通風(fēng)不暢，通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)[1-2]。崔木煤礦1302回風(fēng)巷超前支護(hù)常常出現(xiàn)頂板異響，支柱傾斜等不安全預(yù)兆，秉承“預(yù)防為主”的基本原則，對巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，支護(hù)方式進(jìn)行改善。研究表明：縮短液壓支柱排間距，增強(qiáng)支護(hù)部件完整性，可有效控制目前支護(hù)上的不安全現(xiàn)狀。

1 1302綜放面回巷超前支護(hù)現(xiàn)狀

工作面面長890 m，面寬200 m，平均煤層厚度7 m，采用走向長壁綜合機(jī)械化放頂煤開采的方法，采3 m，放頂4 m?；仫L(fēng)巷斷面為梯形，巷道超前20 m支護(hù)，支護(hù)措施為單體液壓支柱，上部架設(shè)工字鋼衡量。施工圖如圖1所示，超前支護(hù)液壓支柱排間距0.5 m，總支護(hù)長度10 m。

圖1 回巷支護(hù)和超前支護(hù)措施

2 存在的問題及問題分析

現(xiàn)場工作面推進(jìn)過程中，當(dāng)工作面距離支護(hù)區(qū)域15 m時(shí)，存在頂板垮落的現(xiàn)象。全程對液壓支架單柱應(yīng)力進(jìn)行32班次的觀測，觀測10排液壓支柱受到的應(yīng)力，應(yīng)力變化曲線如圖2所示；其中1~10號支柱分布如圖3所示。

圖2 液壓支柱應(yīng)力觀測數(shù)據(jù)分析表

圖3 液壓支架布置圖

通過將液壓支架應(yīng)力和礦井生產(chǎn)情況進(jìn)行對比分析可知，每次工作面生產(chǎn)推進(jìn)后，液壓支架會出現(xiàn)一次應(yīng)力突增的情況，之后又趨于一個(gè)平穩(wěn)值，根據(jù)定量數(shù)值統(tǒng)計(jì)分析可知：無回采狀態(tài)下，液壓支架承受的平均應(yīng)力約為100 MPa，在回采狀態(tài)下，液壓支柱承受的應(yīng)力波峰值為160 MPa；當(dāng)首次開采時(shí)，回采面距離液壓支架整體布置了20 m，此時(shí)形成的應(yīng)力波峰值為140 MPa；當(dāng)進(jìn)行第二循環(huán)的開采作業(yè)時(shí)，回采面距離液壓支架17 m，此時(shí)形成的應(yīng)力波峰值為145 MPa；當(dāng)進(jìn)行第三循環(huán)的開采作業(yè)時(shí)，回采面距離液壓支架13 m，此時(shí)形成的應(yīng)力波峰值為150 MPa；當(dāng)進(jìn)行第四循環(huán)的開采作業(yè)時(shí)，回采面距離液壓支架10 m，此時(shí)形成的應(yīng)力波峰值為160 MPa；整體應(yīng)力波峰呈遞增趨勢。

工作面每推移1個(gè)循環(huán)，均會形成相同的應(yīng)力變化趨勢的情況，即隨這工作面推進(jìn)，應(yīng)力有平穩(wěn)值到達(dá)應(yīng)力波峰值。分析原因，主要因?yàn)榛夭晒ぷ髅婢嚯x超前支護(hù)液壓支架的距離越來越近，地應(yīng)力對超前支護(hù)液壓支架的載荷不斷凸顯[3]。觀察現(xiàn)場情況發(fā)現(xiàn)，每次回采1個(gè)循環(huán)后進(jìn)入檢修班時(shí)，液壓支架連接衡量位置常常伴隨著咯嘣聲，同時(shí)容易出現(xiàn)局部頂板下沉的現(xiàn)象。綜合分析，目前的支護(hù)方式存在一定安全隱患，無法滿足超前支護(hù)需求。

3 參數(shù)優(yōu)化措施及效果考察

為解決目前支護(hù)存在的問題，本文進(jìn)行方案優(yōu)化。將原先液壓支柱排間距調(diào)整到0.4 m，且頂板支架連接呈框架式連接。

分析原先的支撐結(jié)構(gòu)，由于煤層埋深較大，地應(yīng)力較大，0.5 m的步長會導(dǎo)致豎向應(yīng)力支撐失衡，液壓支柱安置密度較小，同等條件下，0.4 m的液壓支柱布置方式在20 m范圍內(nèi)布置51排，0.5 m的液壓支柱布置方式在20 m范圍內(nèi)布置41排，同等距離范圍內(nèi)，液壓支柱布置的數(shù)量增加了24.4%。因此，將液壓支柱排間距降低至0.4 m可以提高整體支撐穩(wěn)定性。

由于工字鋼橫梁和豎梁無直接連接點(diǎn)，僅通過橫梁作為水平豎向單軸線型應(yīng)力承接，當(dāng)出現(xiàn)平向應(yīng)力產(chǎn)生的水平位移的時(shí)候，變化產(chǎn)生整體倒塌的情況。巷道回采過程中，隨著工作面的不斷推進(jìn)，水平應(yīng)力會不斷加劇[4-5]。將橫梁、豎梁和1根平向梁用絞索連接的話，形成一個(gè)整體性的框架之后，即可以抵御平向應(yīng)力又可以抵御豎向應(yīng)力[6]。整體支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。由圖4可知，巷道上幫2排工字鋼平向距離為2 m，排間距為0.4 m，2排工字鋼之間采用鉸鏈連接，其中，中間連接桿長度為0.5 m。支護(hù)好之后對距離工作面較近的10排支架承受的應(yīng)力進(jìn)行為期31 d的考察，考察結(jié)果如圖5所示。

圖4 調(diào)整后支護(hù)示意圖

圖5 優(yōu)化后的應(yīng)力觀測數(shù)據(jù)報(bào)告

由圖5可知，進(jìn)行支護(hù)參數(shù)、支護(hù)方式優(yōu)化后，同樣遇到回采狀況時(shí)，支架應(yīng)力也會出現(xiàn)增加的情況，但變化波幅較小。無回采情況下，液壓支架承受的平均應(yīng)力為99 MPa，開始回采時(shí)，應(yīng)力會出現(xiàn)小幅度波動(dòng)，波動(dòng)到最大值為110 MPa，最大波動(dòng)量增長了約10%，波幅較小。和原支護(hù)后的承接應(yīng)力變化對比，現(xiàn)支護(hù)措施出現(xiàn)應(yīng)力變化的波長較大，波幅較小；現(xiàn)支護(hù)措施應(yīng)力整體趨于平穩(wěn)，現(xiàn)場施工過程中未出現(xiàn)頂板異常碎裂情況。綜上所示，經(jīng)過優(yōu)化后的支護(hù)設(shè)計(jì)完全可以滿足超前支護(hù)安全需求，而且降低了應(yīng)力突變幅度較大產(chǎn)生的沖擊對液壓支架形成的蠕變裂隙。

4 結(jié)論

通過對崔木煤礦1302回風(fēng)巷超前支護(hù)存在的問題進(jìn)行分析，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，措施調(diào)整，效果考察得出以下結(jié)論：

1）超前支護(hù)液壓支柱排間距為0.5 m，構(gòu)建非緊固連接的支護(hù)方式導(dǎo)致回采過程中液壓支架出現(xiàn)大幅應(yīng)力波動(dòng)，頂板異響等情況，無法滿足超前支護(hù)安全需求。

2）巷道超前支護(hù)的液壓支柱排間距調(diào)整為0.4 m后，通過鉸鏈、螺栓等緊固措施進(jìn)行整體性連接后的支護(hù)模式有效消除了現(xiàn)場不安全因素，控制了支柱應(yīng)力大幅沖擊現(xiàn)象。

綜上所述，通過優(yōu)化后的超前支護(hù)措施完全可以滿足礦井回采過程中的回風(fēng)巷的安全支護(hù)要求。