＊馮云貴

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè) 山西 032300）

1.支護(hù)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀

在長(zhǎng)壁開(kāi)采礦井作業(yè)的實(shí)施階段，為綜采工作面施工作業(yè)提供了基本支持，應(yīng)將高產(chǎn)、高效作為主要目標(biāo)，為集約化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。從國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐和研究角度出發(fā)，可以看出在綜采工作面單產(chǎn)作業(yè)實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)憑借加大工作面配套設(shè)備運(yùn)行能力的方法，保障設(shè)備運(yùn)行的可靠性。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，世界各地在產(chǎn)煤作業(yè)的實(shí)施過(guò)程中，通常是以調(diào)高產(chǎn)煤效率為主要目的，基于安全性的施工原則，對(duì)技術(shù)基礎(chǔ)予以改善，基于技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，提高綜采工作面整體支護(hù)水平。對(duì)于綜采單產(chǎn)效率的提高模式來(lái)說(shuō)，其主要通過(guò)對(duì)工作面尺寸予以增大，在快速推進(jìn)截深的基礎(chǔ)上，對(duì)綜采工作面的適用范圍予以拓展，為機(jī)電一體化重型設(shè)備的使用提供了廣泛的空間支持，優(yōu)化了設(shè)備的更新和使用成效。

2.基于綜采工作面支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）優(yōu)化綜采工作面端頭支護(hù)設(shè)計(jì)。在煤礦行業(yè)長(zhǎng)久化的發(fā)展過(guò)程中，積極引進(jìn)了新技術(shù)和新設(shè)備，促進(jìn)采煤技術(shù)應(yīng)用水平的提升，通過(guò)及時(shí)改善綜采工作的環(huán)境條件，有效降低了施工人員的作業(yè)強(qiáng)度。在開(kāi)采深度不斷增加的過(guò)程中，隨著對(duì)現(xiàn)代化機(jī)械裝備的引進(jìn)和使用，設(shè)備運(yùn)行水平仍然處于低級(jí)狀態(tài)，無(wú)法保障綜采作業(yè)發(fā)展的科學(xué)性和平衡性。為了能夠充分的解決新型問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合綜采工作面的實(shí)際情況加以分析，提出有針對(duì)性的整改辦法。對(duì)于綜采工作面來(lái)說(shuō)，其中所布置的設(shè)備具有多樣性，且供電運(yùn)輸系統(tǒng)相對(duì)較長(zhǎng)，容易出現(xiàn)復(fù)雜化問(wèn)題，切眼與上下巷在實(shí)際的連接過(guò)程中，在連接區(qū)域形成了端頭，為人員的行走和煤礦運(yùn)輸作業(yè)的開(kāi)展提供了助力支持。由于端頭的懸頂面積相對(duì)較大，需要承受來(lái)自采空區(qū)和周?chē)h(huán)境所帶來(lái)的壓力，在綜合壓力考驗(yàn)的影響下，為了避免直接影響綜采工作面的運(yùn)輸系統(tǒng)，需要從端頭入手，對(duì)支護(hù)體系予以加固處理。

（2）被動(dòng)支護(hù)方式。以架棚支護(hù)為例，在巷道掘進(jìn)作業(yè)的過(guò)程中，需要用到工字鋼梁這一基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)將工字鋼梁的長(zhǎng)度控制在4.2m左右，以雙層的架設(shè)方法，增加背頂?shù)膶?shí)際面積，并且能夠在壓力增強(qiáng)時(shí)，強(qiáng)化頂幫部的抗壓強(qiáng)度。另外，在架棚施工作業(yè)完成之后，還需要從工字鋼棚梁頂部位置入手，從垂直方向出發(fā)，對(duì)背板或者小圓木的間距設(shè)置予以嚴(yán)格管控，確保間距能夠處于0.3m左右。不僅如此，需要從背板的上方區(qū)域入手，及時(shí)的鋪設(shè)塑料網(wǎng)，且塑料網(wǎng)的層數(shù)為一層即可，避免在端頭位置的局部區(qū)域，出現(xiàn)托煤等問(wèn)題。在加壓的過(guò)程中增加安全系數(shù)，創(chuàng)設(shè)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行環(huán)境，避免對(duì)人員生命安全造成不良影響。

（3）主動(dòng)支護(hù)方式。一方面，在使用錨桿支護(hù)方法時(shí)，需要在完成錨索支護(hù)作業(yè)之后，采用短孔的加固形式，對(duì)錨桿進(jìn)行支護(hù)，以此來(lái)發(fā)揮出錨桿支護(hù)方法的補(bǔ)充效用。對(duì)不同層位的深孔和淺孔予以分析，在深淺孔相互結(jié)合的基礎(chǔ)上，能夠?qū)敯宀煌瑖鷰r類(lèi)型進(jìn)行加固，保障加固操作的合理性和有效性。其中，錨桿的型號(hào)應(yīng)保持在20mm×2.2m，以玻璃鋼錨桿為主，架棚方向需要與巷道方向保持一致，將巷道架棚的間距設(shè)置為0.8m×0.6m，使每1排都能夠布設(shè)6根左右的錨桿。

另一方面，可以使用錨索支護(hù)的形式。在使用錨索支護(hù)方法時(shí)，需要對(duì)錨索的規(guī)格予以嚴(yán)格管控，確保所選用的規(guī)格能夠被控制在17.8mm×7m的左右。為了在錨索支護(hù)的過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)頂板支護(hù)強(qiáng)度，需要在錨索之間形成連鎖的形式，在每2根錨索的中間區(qū)域，設(shè)置固定的1根錨索梁，且錨索梁的方向需要與巷道的帳篷方向保持一致，以此來(lái)強(qiáng)化懸頂?shù)墓δ芎妥饔?。在一般情況下，錨索梁的選型通常保持在1.8m左右，而錨索之間的間距則需要控制在1.2m左右。梁頭雖然能夠接觸，但仍然需要采取緊密接觸排列的形式對(duì)其予以處理。為了能夠加強(qiáng)對(duì)頂板的主動(dòng)支護(hù)效果，還需要在工字鋼棚的兩側(cè)區(qū)域位置，距離兩端的0.4m的部位，對(duì)一組錨索梁進(jìn)行打設(shè)，進(jìn)一步強(qiáng)化工字鋼梁棚的提拉和加固作用。

（4）綜采工作面停采頂板支護(hù)設(shè)計(jì)。①確定停采位置。首先，在精細(xì)化的分析過(guò)程中，需要根據(jù)礦壓所產(chǎn)生的規(guī)律，切實(shí)的掌握總體的來(lái)壓布局。對(duì)于礦壓儀表的實(shí)際測(cè)量區(qū)域來(lái)說(shuō)，需要在一定程度上予以適當(dāng)?shù)脑黾樱_保最終的測(cè)量數(shù)據(jù)取值能夠擴(kuò)大相應(yīng)的數(shù)值范圍，最終能夠?yàn)榈V壓規(guī)律分析工作的開(kāi)展提供助力支持，保障最終分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，還需要加大對(duì)礦壓觀測(cè)人員的管理力度，不僅需要以專(zhuān)人專(zhuān)項(xiàng)的形式，安排專(zhuān)業(yè)專(zhuān)職的工作人員，從井上的工作面入手，對(duì)礦壓情況予以實(shí)時(shí)化的監(jiān)控，還需要加強(qiáng)實(shí)際的跟班力度，進(jìn)一步對(duì)支架工作阻力的總體變化情況予以分析。通過(guò)對(duì)工作面來(lái)壓階段所產(chǎn)生的征兆進(jìn)行綜合考慮，確保工作人員操作方法的規(guī)范性，為觀測(cè)作業(yè)的開(kāi)展提供助力支持，并結(jié)合關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息加以記錄，保障記錄內(nèi)容的真實(shí)性與可靠性。

其次，在綜合考慮壓力問(wèn)題的情況下，還應(yīng)保障停采位置確定的準(zhǔn)確性，結(jié)合當(dāng)?shù)貐^(qū)域的水文、地質(zhì)等構(gòu)造條件予以綜合考慮，在提出規(guī)范化要求的情況下，借助優(yōu)良的地段條件，為綜采工作面各項(xiàng)作業(yè)的開(kāi)展奠定良好的基礎(chǔ)，發(fā)揮出頂板支護(hù)技術(shù)的實(shí)際效用。

最后，還需要對(duì)相關(guān)工作予以合理組織，確保所選出的停采位置具備適宜性，根據(jù)前期階段所測(cè)量到的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)對(duì)周期來(lái)壓布局的統(tǒng)計(jì)，及時(shí)確定最終的停采位置，再根據(jù)對(duì)規(guī)律的掌握情況，對(duì)頂板區(qū)域進(jìn)行來(lái)壓，待頂板的壓力完全釋放之后，再向前推進(jìn)一段距離，及時(shí)開(kāi)展停采作業(yè)。在一般情況下，向前推進(jìn)的距離應(yīng)保持在2m～4m的區(qū)間范圍內(nèi)，使支架能夠處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，并且可以確保機(jī)道頂板處于穩(wěn)壓的區(qū)間范圍內(nèi)。

②頂板支護(hù)操作的優(yōu)化條件。首先，需要結(jié)合綜采工作面的實(shí)際情況予以分析，結(jié)合頂板的位置設(shè)置，從擴(kuò)幫、抹角以及開(kāi)設(shè)車(chē)窩等環(huán)節(jié)出發(fā)，及時(shí)開(kāi)展頂板支護(hù)作業(yè)。所選用的錨桿、錨索掛網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)具備先進(jìn)性的特點(diǎn)，保障支護(hù)方式的聯(lián)合性，在必要的情況下還應(yīng)對(duì)錨索鋼梁予以補(bǔ)打。另外，當(dāng)綜采工作面的兩個(gè)巷道之間，出現(xiàn)的超前范圍為10m時(shí)，那么需要對(duì)補(bǔ)打錨索鋼梁進(jìn)行鎖口處理，以此來(lái)保障撤退作業(yè)的安全性。

其次，在開(kāi)展停采作業(yè)的過(guò)程中，還應(yīng)加大對(duì)綜采工作面采高位置的控制力度，保障機(jī)道寬度設(shè)置的合理性，通過(guò)提高鏈網(wǎng)的總體質(zhì)量，保障綜采工作面能夠達(dá)到“三直兩平”的設(shè)置要求，使兩側(cè)的通道能夠保持暢通性。在一般情況下，對(duì)于“三直兩平”的設(shè)置要求來(lái)說(shuō)，需要確保工作面的煤壁、刮板輸送機(jī)和支架能夠持續(xù)處于同一條直線(xiàn)，而頂板和底板的位置都應(yīng)遵循平等性的要求，且頭巷和尾巷能夠具備暢通性的特點(diǎn)。在撤退作業(yè)的前期階段，還需要結(jié)合綜采工作面的實(shí)際情況，對(duì)浮煤等物質(zhì)予以全部清理，從而形成干凈、整潔的工作面條件，為后續(xù)撤退工作的開(kāi)展提供支持。

最后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)支架等技術(shù)設(shè)施的綜合管理，在對(duì)綜采工作面進(jìn)行回采時(shí)，需要定期組織支架檢修作業(yè)的開(kāi)展，通過(guò)加大對(duì)支架設(shè)施的檢修力度，避免支架設(shè)施出現(xiàn)跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象。待綜采工作面停采作業(yè)順利落實(shí)后，應(yīng)確保支架的完好率能夠達(dá)到100%的要求。

（5）綜采工作面沿空回采巷道支護(hù)優(yōu)化。①錨梁網(wǎng)支護(hù)。一方面，通過(guò)對(duì)巷道頂?shù)装宓南鄬?duì)移近量和移近速度予以分析，并將其與兩幫移近量和移近速度進(jìn)行對(duì)比，可以看出前者的總量和速度大于后者。在一般情況下，對(duì)頂?shù)装逅塾?jì)的最大移近量進(jìn)行計(jì)算，可以看出通常為1756mm，而頂?shù)装宓淖畲笠平俣?，則能夠保持在445mm/d左右。另一方面，在開(kāi)展綜采作業(yè)的過(guò)程中，若綜采工作面的前方區(qū)域，能夠?qū)ο锏涝O(shè)置帶來(lái)直接影響，且影響范圍能夠處于80m內(nèi)，可以看出：雖然采動(dòng)作業(yè)具有直接影響，但卻能夠得到合理控制，并且能夠在綜采工作面前方區(qū)域，被控制于28m以?xún)?nèi)。此時(shí)，在綜合工作面的前方區(qū)域出現(xiàn)了壓力峰值，實(shí)際的峰值距離為18m，此時(shí)巷道出現(xiàn)了明顯的變形情況，實(shí)際的變形量為最大范圍，基于合理的控制措施，使其能夠保持在綜采工作面前方區(qū)域的10m范圍以?xún)?nèi)。

產(chǎn)生此類(lèi)現(xiàn)象的原因，主要是由于巷道底部的鼓量相對(duì)較大，而頂板下沉量普遍較小所導(dǎo)致。通過(guò)對(duì)兩方區(qū)域所累計(jì)的最大移近量加以分析，最終的計(jì)算結(jié)果為1024mm，而最大移近速度則被控制在253mm/天。對(duì)于兩幫的移近量來(lái)說(shuō)，其中主要是煤柱側(cè)的煤體，朝著巷內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)的距離，在距離綜采工作面10m以?xún)?nèi)的區(qū)間范圍內(nèi)，巷道底鼓變形和兩幫的移近速度呈現(xiàn)出了增大的態(tài)勢(shì)，而圍巖的變形速度在煤柱的一側(cè)相對(duì)較大，甚至大于煤體的一側(cè)。巷道內(nèi)部所增打的點(diǎn)柱，全部出現(xiàn)了折斷的情況，使巷道斷面有所減小。原始斷面面積為13.5m2，在縮小之后變?yōu)?.3m2，實(shí)際的收縮率相對(duì)較高，在一般情況下處于75.6%左右。

②錨梁網(wǎng)支護(hù)、底板錨桿和煤柱加固段結(jié)合支護(hù)措施。沿空巷道等位置，對(duì)頂板錨索和底腳錨桿進(jìn)行加打，仍然無(wú)法順利的解決巷道變形等問(wèn)題，所以難以對(duì)巷道底鼓情況予以有效管控。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題來(lái)說(shuō)，需要在部分綜采工作面的回采作業(yè)當(dāng)中，沿著空段之前的位置，對(duì)沿空巷道的超前進(jìn)行臥底處理，之后再在巷道的底板位置使用W型鋼帶和左旋螺紋鋼錨桿，將其融合之后加打成為4排錨桿。在一般情況下，左旋螺紋剛錨桿的規(guī)格應(yīng)保持在20mm×2500mm左右，而錨桿之間的排距則應(yīng)設(shè)置為700mm×800mm或者2200mm×1600mm。通過(guò)對(duì)錨桿與底板之間的夾角予以管控，使夾角能夠保持在45°或者60°左右。

在設(shè)置煤柱的過(guò)程中，需要采用高水速的凝材料，對(duì)煤柱予以加固處理，保障煤柱的穩(wěn)固性。在觀測(cè)頂?shù)装宓倪^(guò)程中，還應(yīng)從兩幫區(qū)域出發(fā)，對(duì)相對(duì)移近量予以綜合考慮?？梢钥闯觯诰C采工作面沿空巷道開(kāi)采回采作業(yè)中，基于前期的準(zhǔn)備階段，采取有效措施對(duì)巷道頂面煤柱錨柱予以加固，通過(guò)加大巷道底鼓的控制力度，并確保兩幫移近量控制的合理性，發(fā)揮出控制操作的實(shí)際效用。實(shí)際的采動(dòng)情況對(duì)工作面前方所產(chǎn)生的影響范圍能夠被控制在10m以?xún)?nèi)，而巷道頂?shù)装宓囊平縿t能夠被控制在800mm以?xún)?nèi)，此時(shí)兩幫的移近量并未超過(guò)600mm，且巷道的高度能夠持續(xù)保持在2400mm以上，寬度則超過(guò)了3600mm。此時(shí)，可以看出斷面能夠保持在8.6m2以上，而斷面的收縮率則小于36%，不僅能夠保障巷道通風(fēng)斷面的總體質(zhì)量，還可以滿(mǎn)足綜采工作面的安全生產(chǎn)需求。

（6）綜采工作面超前應(yīng)力集中區(qū)的支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。①雙梁鋼棚支護(hù)施工。首先，在利用雙梁鋼棚支護(hù)方法的過(guò)程中，需要對(duì)綜采工作面的施工區(qū)域加以處理，針對(duì)與其相對(duì)應(yīng)的超前工作面，需要及時(shí)開(kāi)展支護(hù)處理操作，確保處理距離能夠保持在5m左右。對(duì)于同一個(gè)架棚腿來(lái)說(shuō)，需要涉及到3個(gè)底座，所以需要在整體性的安裝過(guò)程中，保障底座的水平中心線(xiàn)設(shè)置準(zhǔn)確，并與巷道之間能夠呈現(xiàn)出垂直的狀態(tài)，在整個(gè)安裝階段應(yīng)將偏角偏差范圍控制在3°以下。在回風(fēng)順槽的兩幫底板位置區(qū)域，需要對(duì)棚腿的底座加以調(diào)整，并結(jié)合巷道中部位置的底板區(qū)域，保障安裝底座方法的合理性，并實(shí)現(xiàn)對(duì)棚腿底座的充分利用，基于整體性的底座安裝作業(yè)，需要持續(xù)堅(jiān)持平整性的施工原則，保證底板和底座之間能夠相互接觸，使實(shí)際的接觸面積能夠超過(guò)80%。

其次，在底座安裝作業(yè)順利完成之后，還需要涉及到3根棚腿基礎(chǔ)作用，保障棚腿安裝作業(yè)的科學(xué)性與合理性。在實(shí)際的安裝過(guò)程中，需要確保棚腿的牢固性與穩(wěn)定性，在兩幫位置的棚腿安裝作業(yè)完成后，需要及時(shí)進(jìn)入到兩幫施工作業(yè)中，利用兩個(gè)錨桿基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)巷幫予以固定處理，促進(jìn)后續(xù)施工作業(yè)的順利實(shí)施。

最后，對(duì)于棚腿安裝作業(yè)的后期階段來(lái)說(shuō)，可以利用橫梁連接板等基礎(chǔ)設(shè)施，使其能夠與棚腿自身的頂端位置予以連接，保障連接操作的效性，將4根相同規(guī)格的螺栓進(jìn)行固定，并保證固定處理操作的實(shí)效性。

②優(yōu)化綜采工作面超前應(yīng)力集中區(qū)支護(hù)的基本要求。首先，需要有意識(shí)、有目的的降低支付成本費(fèi)用，結(jié)合雙梁鋼棚支護(hù)方法的實(shí)際情況，在綜采工作面中保障上述支付方法利用的科學(xué)性與合理性，根據(jù)雙梁鋼棚支護(hù)方法的總體應(yīng)用情況，在深入觀察和全面分析的過(guò)程中，基于整體性的形式，優(yōu)化該類(lèi)支護(hù)方法的使用效果。在雙梁鋼棚支護(hù)方法的應(yīng)用階段，若綜采工作面的回采距離為520m，且回風(fēng)順槽當(dāng)中的雙梁鋼架數(shù)量為340架左右時(shí)，能夠確保雙梁鋼棚被順利架設(shè)和充分利用，且實(shí)際的回收總量相對(duì)較多。將雙梁鋼棚支護(hù)方法與傳統(tǒng)形式的單體液壓支護(hù)形式進(jìn)行對(duì)比，在深入分析的過(guò)程中，可以看出使用雙梁鋼棚支護(hù)方法時(shí)，能夠有效降低設(shè)備的損壞率，并且可以減少在支護(hù)優(yōu)化階段所需用的成本投入。

其次，還應(yīng)提高頂板的穩(wěn)定性。在使用單體液壓支護(hù)方法時(shí)，由于所使用的線(xiàn)性支付方式缺乏連續(xù)性，當(dāng)實(shí)際的支護(hù)周期相對(duì)較長(zhǎng)，那么超前應(yīng)力集中區(qū)所出現(xiàn)的壓力則會(huì)過(guò)于明顯，并且使負(fù)荷量隨之增大，使支柱失去了原有的效用。在使用雙梁鋼棚頂梁支護(hù)方法時(shí)，盡管處于受壓的狀態(tài)，但仍然能夠與頂板之間的變形情況保持一致，避免對(duì)最終的支護(hù)效果造成不良影響。

最后，幫助施工人員降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在使用單體液壓支護(hù)方法時(shí)，需要在頂板位置開(kāi)展支護(hù)施工作業(yè)，可以看出對(duì)于每一班支護(hù)操作來(lái)說(shuō)，都需要安排5人左右，才能夠促進(jìn)支護(hù)設(shè)置作業(yè)的順利實(shí)施。若針對(duì)每一班的回采進(jìn)度進(jìn)行計(jì)算和分析，將進(jìn)度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為4m，那么此時(shí)每一班所需要設(shè)置的支護(hù)數(shù)量為4排，并且是以單體液壓支柱為主，總體的支柱數(shù)量為12根，在后續(xù)的回收過(guò)程中也必須回收12根單體液壓支柱，所以會(huì)提高整體的勞動(dòng)力和勞動(dòng)強(qiáng)度，為之后優(yōu)化作業(yè)的開(kāi)展帶來(lái)了較大的難度。在使用雙梁鋼棚支護(hù)方式的過(guò)程中，可以確保每一班的支護(hù)支架為2架即可，并且可以減少實(shí)際的勞動(dòng)力安排，且一般為3人即可，能夠滿(mǎn)足整體性的施工要求，不僅可以逐步減少總體的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以達(dá)到節(jié)省成本費(fèi)用的效果，進(jìn)一步縮減了支護(hù)操作的時(shí)間，保障綜采作業(yè)面超前應(yīng)力集中區(qū)支護(hù)控制作業(yè)的有效性。

3.結(jié)論

對(duì)于部分綜采工作面施工項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，所設(shè)置的煤層結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)易性的特點(diǎn)，需要在煤層開(kāi)采作業(yè)當(dāng)中，針對(duì)當(dāng)?shù)貐^(qū)域的地質(zhì)條件和煤層頂?shù)装迩闆r予以全方位的分析，從而才能夠篩選出更加合適的支護(hù)設(shè)計(jì)方法，促進(jìn)綜采作業(yè)的順利進(jìn)行。通過(guò)對(duì)綜采工作面的實(shí)際情況予以全面分析，保障支護(hù)設(shè)計(jì)方案的合理性與科學(xué)性，結(jié)合回采階段所出現(xiàn)的頂板控制、巷道支護(hù)以及超前支護(hù)等情況，通過(guò)優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)綜采工作面生產(chǎn)作業(yè)的安全進(jìn)行，為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。