孫瑞雄

（國家能源集團神東煤炭公司大柳塔煤礦，陜西 榆林 719000）

0 引言

大柳塔煤礦52605綜采工作面位于大柳塔井52煤六盤區(qū)。煤層厚度4.1～4.6 m，平均4.3 m，工作面長4 299 m，煤層傾角1°～3°，埋深122.91～204.3 m。52605綜采工作面采用走向長壁采煤法，機械化采煤工藝，采空區(qū)頂板處理方式采用全部垮落法。工作面頂板分布有偽頂，偽頂區(qū)及斷裂構造發(fā)育地帶頂板穩(wěn)定性差，易冒落，存在安全隱患，須加強頂板支護管理，保障礦井安全生產(chǎn)。

1 工作面頂板巖性

52605 綜采工作面頂板巖石物理力學性質(zhì)如表1所示。

表1 52605工作面頂板狀況

2 工作面頂板支護管理

52605 工作面采用全部垮落法進行頂板管理，52605運順采用滯后工作面施工柔模砼墻沿空留巷工藝。工作面如圖1所示

2.1 初次來壓頂板管理

1）工作面初次來壓前，結合工作面頂板巖性及鄰近工作面回采經(jīng)驗，采用水力壓裂弱化頂板強度，預測直接頂垮落及老頂來壓位置，編制初采安全技術措施，避免初采期間采空區(qū)頂板懸漏。

2）工作面初次來壓前，對巷道及工作面檢查，定期上報頂板來壓狀況，便于及時進行維護。

3）具體管理措施：①初次來壓前，加強支架檢修，使各元件相互配合，保障生產(chǎn)效率；②每班應檢查巷道及工作面的頂板變形、破壞狀況，存在隱患時，禁止作業(yè)；③初采期間，支架工滯后前滾筒1～2架跟機拉架，及時打開護幫板，達到支撐阻力[1]。

圖1 52605綜采工作面示意圖

2.2 工作面正常回采期間頂板管理

1）及時移動支架支護，初撐力達到252 MPa。移架要做到少降、快拉，對頂板起到有效支護作用，護幫板滯后煤機底滾筒不得超過10架，由后滾筒司機完成，護幫打不到位的由推溜工檢查補打。

2）工作面上方頂板破碎、裂隙較多情況下，應采用“帶壓移架法”2]；正常生產(chǎn)時，遇頂板較為破碎區(qū)域必須單架收，執(zhí)行好煤機割一架，收一架，拉一架；跟機拉架不得滯后采煤機前滾筒2架。

3）保證液壓系統(tǒng)無竄、漏液等情況，具有良好的支護狀態(tài)；工作面停機檢修，必須保證工作面整體壓力小或頂板相對完好，否則聯(lián)系調(diào)度指揮中心正常組織生產(chǎn)；停機檢修前，將支架升緊，達到額定支護強度，護幫板打設到位；降架檢修時不得連續(xù)降2架及以上，本架檢修完畢之后確保支架升緊，達到額定支護強度，護幫板打設到位，升架時查看側護板位置，避免咬架。

2.3 工作面周期來壓期間頂板管理

1）對工作面周期來壓位置進行預測預報，指導工作面提前護頂并做好甩壓準備，周期來壓期間采用“跟機邁步帶壓擦頂移架”。

2）周期來壓期間嚴格執(zhí)行支架“五到位”制度，即跟機拉架、超前拉架、初撐力、護幫板、伸縮梁相互配合支護[3]。

3）局部來壓、支架端面切頂、頂板破碎較難控制并有冒頂跡象時，采取就近加刀方式推進，盡快推過頂板破碎區(qū)域。

4）周期來壓期間，禁止停機，壓力甩完后方可停機。

2.4 工作面末采貫通期間頂板管理

1）每班開工前應進行詳細檢查頂板支護情況，存在隱患的情況下必須立即上報，等待排除隱患，方可進入工作地點。

2）在工作面末采貫通期間，嚴禁進入采空區(qū)和盲巷?；爻吠ǖ纼啥藨覓炀九?，檢查人員經(jīng)過上報許可后，方可進入回撤通道，且必須有人陪同。

3）工作面貫通期間，在最后一次周期來壓前，必須使工作面采高比52605工作面回撤通道的對應巷高高出300～500 mm左右，最后一次周期來壓后，必須使工作面的采高與52605工作面回撤通道的對應巷高保持一致，保證巷道頂板平整。末采貫通停機掛網(wǎng)及貫通時避開周期來壓區(qū)域，加強末采200 m范圍礦壓統(tǒng)計與分析，根據(jù)礦壓規(guī)律，及時調(diào)整生產(chǎn)組織，保證停機掛網(wǎng)及貫通避開周期來壓區(qū)域。

3 兩順槽頂板管理

3.1 兩順槽超前支護方式

回順前20 m采用4臺ZY12000/25/50D型液壓支架進行超前支護，超前支架位于巷道中間，支架中心線與巷道中心線平齊，嚴禁壓壞回順頂板錨索（巷道每排2根錨索，間距2 800 mm），正常支護狀態(tài)下超前支架組支架間距不大于2個步距，178架伸縮梁、護幫板打出后與1號超前架尾梁之間的距離不得超過5.0 m?；夭蛇^程中頂板異常期間，應采用（支架+單體）聯(lián)合支護，或堆設木垛支護[4]。超前支護示意圖如圖2所示。

運順根據(jù)超前支護驗算采用錨桿+錨索支護代替?zhèn)鹘y(tǒng)單體支護的超前支護方式；在頂板裂隙發(fā)育、破碎、離層等異?，F(xiàn)象時支設單體、堆設木垛進行補強支護。

圖2 52605綜采工作面超前支護示意圖

3.2 聯(lián)巷口超前支護管理

1）聯(lián)巷口采用單體支柱進行支護，單體間距1.5 m，兩側單體支柱距離聯(lián)巷口抹角距離不大于1.5 m；當52605回順受二次采動的影響頂幫片幫嚴重時，必須增設單體支柱，間距改為1.0 m。

2）超前支護范圍內(nèi)的單體支柱不允許提前回撤。每天對工作面兩順槽及聯(lián)巷進行敲幫問頂及隱患排查，發(fā)現(xiàn)問題隨時匯報，及時處理。

3.3 超前支護相關要求

1）超前支架在使用之前，應認真檢查狀態(tài)是否良好，各液壓元件接觸良好，能正常發(fā)揮作用。

2）被操作支架底下嚴禁站人；應有2人配合操作超前支架，1人操作1人檢查，2人合作作業(yè)，避免危險狀況發(fā)生；同時監(jiān)護人員與操作人員要有統(tǒng)一信號進行交流，操作前發(fā)出警示信號，不允許附近有工人，若出現(xiàn)問題必須立即停止作業(yè)。

3）526 05運順側每推進1刀由跟班隊長、班長對超前50 m范圍內(nèi)的頂幫進行檢查，發(fā)現(xiàn)頂幫異常期間停止生產(chǎn)，查明原因，匯報技術人員并制定現(xiàn)場措施，執(zhí)行單體補強支護。

3.4 超前支護驗算

運順凈寬5.4 m，凈高3.6 m，每排施工6根φ18 mm×2 100 mm錨桿，排距為1 m，折算1.1根/m2；每排施工4根φ21.6 mm×6 500 mm錨索，排距平均為2 m，折算0.37根/m2。

52605 回順凈寬5.8 m，凈高3.2 m，每排施工5根φ18 mm×2 100 mm錨桿，排距為1.2 m，折算0.72根/m2；每排施工2根φ17.8 mm×6 500 mm錨索，排距為3.6 m，折算0.1根/m2。

超前支護段頂、底板移近量判斷為直接頂移近量，本工作面直接頂最大厚度為0～2.8 m，取最大值2.8 m。超前支護段頂板額定支護強度為：

式中：P1為超前支護額定支護強度，kN/m2；h為直接頂厚度，h=2.8 m；r為頂板巖石重力密度，2.53 t/m3；k為應力集中系數(shù)，取1.1。

順槽頂板主動支護強度為：

式中：P2為運順主動支護強度，kN/m2；P3為回順主動支護強度，kN/m2；Pa為錨桿支護強度，kN/m2；Pb為錨索支護強度，kN/m2；60為錨桿錨固力，kN；450為φ21.6 mm×6 500 mm錨索極限承載力，kN；353為φ17.8 mm×6 500 mm錨索極限承載力，kN。

順槽需要補強超前支護強度為：P4=P1-P2

因P2=232.5（kN/m2）＞76.37（kN/m2），即52605運順現(xiàn)有頂板支護滿足支護強度要求，即運順側采取頂板錨桿+錨索的超前支護方式。

式中：P4為運順需要超前支護強度，kN/m2；P4為回順需要超前支護強度，kN/m2。

順槽超前支護強度驗算：

式中：P7為回順超前支護強度，kN/m2；P6為回順單位面積上超前支架支護強度11.724（kN/m2）。

通過計算回順側采用超前支架組支護選型符合要求，運順側采取錨桿+錨索超前支護方式符合要求。

3.5 沿空留巷頂板管理

為保證沿空留巷段頂板安全，沿空留巷滯后段采用的支護措施主要有：

1）擋矸支架。在3號架后緊靠柔模砼墻位置設置一組陜西開拓ZRL79200/25/40D型擋矸支架，日常生產(chǎn)期間禁止2架擋矸支架同時降下，擋矸支架隨工作面推進向前跟進，擋矸支架前頂梁距離3號支架。

2）“一梁三柱”架棚支護。對巷道副幫至柔模掛設副幫側區(qū)域進行“一梁三柱”架棚支護；鋼梁長度3.6 m，排距1 m，留巷滯后支護（一梁三柱）距離為120 m，留巷滯后支護（一梁三柱）滯后1號架尾梁突出部位距離不大于3 m。支護方式如圖3所示。

圖3 沿空留巷“一梁三柱”支護斷面圖

3）柔模砼墻。工作面過渡架后距支掛柔模的距離達到3.8 m（柔模長3 m、側向支模單體0.2 m）時，必須及時支掛柔模，最大不得超過4.5 m；每日早班進行對生產(chǎn)期間掛設的柔模進行澆筑并保證澆筑質(zhì)量。

3.6 備用支護材料

距工作面100 m范圍的回順巷道內(nèi)，設臨時支護材料存放點，根據(jù)工作面條件變化準備充足的備用支護材料，掛牌處理，記錄名稱、數(shù)量等，由專人負責。嚴禁使用失效和損壞的支護材料。在運順備用單體液壓支柱不少于5根，柱靴、柱帽各不少于3個，在回順備用單體液壓支柱不少于5根，柱靴、柱帽各不少于4個（備用單體不低于使用數(shù)量的10 %），塑料網(wǎng)片（寬2.2 m，網(wǎng)格40 mm×40 mm）不少于10 m，圓鋼錨桿（φ18 mm×2 100 mm）不少于10根。

沿空留巷所用支護材料統(tǒng)一備用在52606切眼位置，支護材料分類碼放、由專人管理。

4 礦壓觀測方案

4.1 礦壓觀測內(nèi)容

礦壓觀測主要是巷道圍巖離層運動觀測、錨桿錨索荷載應力監(jiān)測、支架支護阻力監(jiān)測等，針對工作面前后200 m范圍內(nèi)礦壓及巷道兩幫礦壓，分析頂板變形、破壞狀況，準確掌握采場及巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[5]。

1）通過監(jiān)測巷道頂板和工作面頂板來壓狀況，分析頂板和支架相互作用機理，及時預報老頂來壓，支架的正常使用，為支架選型、支護阻力選取、巷道內(nèi)支護等提出優(yōu)化措施，更好的安全高效生產(chǎn)。

2）應用新的采煤方法、采煤工藝、支護技術，現(xiàn)場應用過程中不斷革新、優(yōu)化，為采煤工藝的創(chuàng)新、優(yōu)化做必要的技術準備。

3）分析超前支承壓力影響范圍和分布特點，確定巷道超前支護范圍，選取巷道合理支護參數(shù)、工作面端頭支護參數(shù)。

4.2 觀測方法

1）支架阻力觀測。從工作面支架PM32上統(tǒng)計各支架的初撐力、工作阻力，準確掌握來壓的時間，來壓的范圍，壓力值大小，壓力持續(xù)時間，觀測之后，分析計算出來壓步距。

2）支架活柱縮量觀測。在工作面上、中、下布置測點，監(jiān)測支架活柱縮量，根據(jù)循環(huán)次數(shù)，計算出支架循環(huán)下縮量和下縮速度。

3）兩順槽超前工作面200 m圍巖移近量觀測。工作面兩順槽每隔100 m設置1組2處“十字交叉觀測點”，測量圍巖原始值，每班指派專人測量圍巖變形量，分析工作面兩順槽壓力情況[6]。觀測方案如圖4所示。

圖4 兩順槽超前工作面200 m圍巖觀測

4）526 05運順沿空留巷段滯后工作面200 m圍巖移近量觀測。52605運順沿空留巷段隨著綜采工作面的推進將原超前觀測點保留，每班指派專人測量圍巖變形量，分析沿空留巷段巷道變形量。

5）礦壓統(tǒng)計與分析。每班生產(chǎn)時及時記錄支架壓力數(shù)據(jù)，采煤技術員根據(jù)礦壓數(shù)據(jù)、圍巖觀測數(shù)據(jù)、兩順槽調(diào)車硐室、聯(lián)巷壓力顯現(xiàn)情況，每月形成一份礦壓分析報告。

4.3 支護質(zhì)量監(jiān)測

1）錨栓支護質(zhì)量監(jiān)測。錨桿測力計初始安裝時，必須給適應的預緊力。柔模配套錨栓采空區(qū)側必須將螺母擰緊至螺紋最里側。待砼墻1 h后，必須將巷道側錨栓重新緊固，托盤必須緊貼砼墻，砼墻4 h內(nèi)，再次緊固錨栓，扭矩不低于150 N·m。

2）錨桿支護質(zhì)量監(jiān)測。每10根錨桿抽查1根錨桿扭矩，每天進行；錨桿每300根（或300根以下）抽樣1組（3根）進行錨固力測試，錨固力不小于50 kN，扭矩不小于120 N·m，失效錨桿及時進行緊固或重新補打，并做好各項檢查記錄。

3）錨索支護質(zhì)量監(jiān)測。錨索每天抽查3套進行錨固力測試，初張力不小于14 t，抗拔力不小于22.4 t，失效錨索及時進行緊固或重新補打，并做好各項檢查記錄。

5 結論

針對大柳塔井52605綜采工作面頂板狀況分析，提出工作面頂板、巷道頂板的管理支護措施，對支架初撐力、煤壁片幫狀況、頂板冒落、超前支護質(zhì)量等進行監(jiān)測，形成了完整的頂板支護及監(jiān)測方法。