杜文君

（山西汾西正升煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 汾陽(yáng)032200）

引言

隨著礦井開(kāi)采深度的加深，回采巷道受到地應(yīng)力影響更為明顯[1]，特別是回采工作面為孤島工作面時(shí)，由于工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，回采巷道在地應(yīng)力、采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力以及工作面超前支承壓力等綜合作用下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形[2-4]?；夭上锏莱霈F(xiàn)較大變形不僅會(huì)影響巷道正常通風(fēng)、物料運(yùn)輸?shù)?，而且后續(xù)需要投入大量的人力、物力資源進(jìn)行維護(hù)[5-6]。為此，提出使用超前支架對(duì)巷道圍巖進(jìn)行控制，為孤島工作面煤炭回采創(chuàng)造了良好條件。

1 7509工作面概況

山西某礦7509工作面開(kāi)采7號(hào)煤層，為5采區(qū)最后一回采工作面，采面南側(cè)、北側(cè)以及東側(cè)均為采空區(qū)，西側(cè)為采區(qū)集中運(yùn)輸巷。7509工作面地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，回采范圍內(nèi)7號(hào)煤層厚度平均為4.10 m，采用綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝，使用的采煤機(jī)、液壓支架型號(hào)分別為MGTY650/1640-GWD、ZY10000/28/62，回采工作面日進(jìn)尺平均為3.5 m。7509工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)790 m、斜長(zhǎng)275 m。7號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)

7509工作面回采巷道設(shè)計(jì)斷面為梯形，巷道凈斷面積為15.83 m2，沿著7號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，采用工字鋼對(duì)棚+錨網(wǎng)索支護(hù)方式，其中巷道上幫、下幫棚腿長(zhǎng)度分別為4.0 m、2.9 m，頂梁使用的工字鋼長(zhǎng)度為4.4 m?；夭上锏莱爸ёo(hù)原采用單體液壓支架、工字鋼等組成邁步式抬棚進(jìn)行支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)在超前支護(hù)段存在圍巖變形量大、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題。為此，提出采用超前支架對(duì)回采巷道進(jìn)行超前支護(hù)。

2 超前支架支護(hù)應(yīng)用

2.1 技術(shù)參數(shù)

在7509工作面回采巷道內(nèi)采用ZQL2×5000/21/40型超前支架對(duì)巷道頂板進(jìn)行超前支護(hù)，超前支架結(jié)構(gòu)為一組兩架，具體超前支護(hù)支架技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2所示。

表2 超前支護(hù)支架技術(shù)參數(shù)

在7509工作面運(yùn)輸巷內(nèi)采用超前支架配合單液支柱、鉸接鋼梁對(duì)巷道頂板巖層進(jìn)行支護(hù)。巷道超支護(hù)范圍為超前采面70 m，采用的支護(hù)設(shè)備包括有4組超前支架（型號(hào)ZQL2×5000/21/40）、共計(jì)8架。具體在運(yùn)輸巷內(nèi)超前支架布置情況見(jiàn)圖1所示。

圖1 超前支護(hù)示意圖

在7509工作面回風(fēng)巷內(nèi)布置雙排超前支架（型號(hào)ZQL2×5000/21/40），超前支護(hù)長(zhǎng)度共計(jì)53 m，現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)布置7組超前支架（共計(jì)14架）。超親支護(hù)時(shí)除采用超前液壓支架歪，在巷道兩幫位置分別在補(bǔ)打80根單體液壓支柱并配合鉸接鋼梁對(duì)頂板進(jìn)行支撐。

2.2 應(yīng)用效果

2.2.1 圍巖支護(hù)效果

1）原超前支護(hù)。在7509工作面使用原有的單體、鉸接鋼梁組合方式進(jìn)行超前支護(hù)時(shí)，在超前支護(hù)段使用的工字鋼梁存在幫腿彎曲變形問(wèn)題，同時(shí)巷幫存在一定程度外鼓，給巷道正常使用帶來(lái)影響[7]。在超前支護(hù)段局部位置在礦壓影響下出現(xiàn)木點(diǎn)柱損壞問(wèn)題，頂板支護(hù)用的金屬網(wǎng)網(wǎng)兜問(wèn)題較為突出。

2）超前支架支護(hù)。由于7509工作面為孤島工作面，巷道圍巖應(yīng)力集中問(wèn)題較為明顯，在采空區(qū)側(cè)向壓力作用下超前支護(hù)段巷道圍巖變形嚴(yán)重，特別是回采巷道距離采面30~50 m距離區(qū)間巷幫變形嚴(yán)重，工字鋼架棚腿外鼓變形明顯。在采面回采巷道內(nèi)采用超前支架進(jìn)行支護(hù)后，超前支護(hù)段巷道圍巖變形得以有效改善，具體超前支架應(yīng)用前后超前支護(hù)段圍巖變形統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3 超前支架應(yīng)用前后超前支護(hù)段圍巖變形量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2.2 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益分析

在采面使用超前支架對(duì)回采巷道進(jìn)行超前支護(hù)后，超前支護(hù)段圍巖變形量控制在合理范圍內(nèi)，圍巖支護(hù)強(qiáng)度較原來(lái)的單體+工字鋼支護(hù)強(qiáng)度高1.75倍。超前支架使用后可有效減低巷道圍巖變形量，巷道圍巖變形量縮小50%以上，同時(shí)可有效減低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

7509工作面回采巷道采用原超前支護(hù)方式時(shí)巷道修復(fù)人員數(shù)量為22人，采用超前支架支護(hù)時(shí)作業(yè)人員數(shù)量降低至10人，工作人員數(shù)量減少12人，同時(shí)有效解決了孤島工作面回采巷道超前支護(hù)難題。使用的超前支架具有移架速度快優(yōu)點(diǎn)，單次拉架時(shí)間控制在1 h以內(nèi)。超前支架與采面端頭支架相互配合，在端頭位置不需要使用單體、工字鋼組成的邁步式抬棚即可實(shí)現(xiàn)巷道圍巖支護(hù)，提高了支護(hù)效果。

采面若使用傳統(tǒng)的單體+工字鋼支護(hù)方式巷道支護(hù)成本約1 180萬(wàn)元，采用超前支架后支護(hù)成本約920萬(wàn)元，支護(hù)成本降低達(dá)到260萬(wàn)元。同時(shí)使用超前支架后可有效提高超前支護(hù)段安全保障系數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

將超前支架應(yīng)用到孤島工作面回采巷道超前支護(hù)中，可改善回采巷道超前支護(hù)段圍巖控制效果，通過(guò)增強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度來(lái)降低超前支護(hù)段圍巖變形量?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，7509工作面回采巷道超前支護(hù)段底鼓量、頂板離層量分別控制在180 mm、25 mm以內(nèi)，為采面高效回采創(chuàng)造了良好條件。