综采工作面超前复合支护优化设计及其应用

曹奎奎

(河南永锦能源有限公司云盖山煤矿二矿,河南 许昌 461683)

23304智能化综放工作面超前需沿底替换抬顶煤支护,智能化综放工作面设备大型化、重型化;
下超前转载机及皮带尾宽度2.2 m,支护宽度达2.6 m;
且转载机电机处高度2.1 m,支护高度需达2.4 m以上;
转载机长度45 m、皮带机尾6 m,支护长度超过50 m。

工作面下超前支护长度较长、工作面退进度慢,超前支护压力显现,变形较快,出现π型梁压转载机电机、π型梁回撤困难等情况;
每班需安排人员对转载机、皮带机尾卧底。

经过2021年6月至2021年8月对23304综采工作面采动数据观察和分析,发现23304综采工作面下超前受采动影响变形较大,所以2021年9月开始对23304工作面增加主动锚网索托梁支护,配合被动支护单体柱配合倾向π型梁“一梁三柱”支护,超前支护单体支柱初撑力必须达到6 MPa(绞顶地段及贴帮柱不低于4 MPa),每班在交接班时对单体支柱补液,班中根据检查的情况循环补液;
局部根据支护情况打设锚索托梁加固。

1)工作面下超前支护长度较长、工作面退进度慢,超前支护压力显现,变形较快,出现π型梁压转载机电机、π型梁回撤困难等情况;
每班需安排人员对转载机、皮带机尾卧底[1-3]。

2)托顶煤锚索梁:使用锚杆机风排粉打设锚索钻孔,钻孔穿过煤层后,进入顶板岩层1.5 m以上,将锚索锚固端固定在顶板硬岩不低于1.5 m配合锚索梁对顶煤进行支护[4]。

3)增加主动支护:使用锚网增加浅部围岩强度,使用锚索托梁加固深部围岩强度;
由于运输顺槽采用沿底抬顶煤掘进,工作面超前支护采用“π型梁+单体柱”被动支护,变形量较大;
为增加支护强度采用主被动支护结合的“π型梁+单体柱+锚索托梁”支护方式。

4)优化超前支护:使用全断面走向“π型梁+单体柱”支护替换成巷中两排“倾向π型梁+单体柱”支护,利于π型梁回撤及复用,降低了支护成本、减轻了职工劳动强度,提高了施工安全系数[5-6]。

1)托顶煤锚索梁:使用锚杆机风排粉打设锚索钻孔,钻孔穿过煤层后,进入顶板岩层1.5 m以上,将锚索锚固端固定在顶板硬岩不低于1.5 m配合锚索梁对顶煤进行支护。

2)增加主动支护:使用主动锚网索托梁替换被动U型拱支护,顶部采用Φ22 mm×2400 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合M钢带,锚杆间排距800 mm×800 mm;
帮部采用Φ20 mm×2500 mm的右旋螺纹钢锚杆配合M钢带,锚杆间排距800 mm×800 mm;
全断面采用钢筋网护顶、帮,钢筋网采用规格1500 mm×1100 mm,网孔为75 mm×75 mm;
钢网与钢网搭接长度不小于75 mm,使用双股14号铁丝两孔双排三花布置。帮部使用M钢带,帮部钢筋网里侧铺设双层塑编网。顶部采用Φ21.6 mm×10000 mm的锚索配合锚索托梁,锚索间排距1300 mm×800 mm,巷道上帮采用Φ21.6 mm×4000 mm的锚索配合锚索托梁加固、下帮采用Φ21.6 mm×6000 mm的锚索配合锚索托梁加固,锚索托梁位于帮部第一、二根锚杆中部(见下页图1、图2)[7]。

图1 23304运输顺槽锚网索支护巷道断面图(单位:mm)

图2 23304运输顺槽锚网索支护巷道俯视图(单位:mm)

3)优化超前支护:使用全断面走向“π型梁+单体柱”支护替换成巷中两排“倾向π型梁+单体柱”支护,利于π型梁回撤及复用,降低了支护成本、减轻了职工劳动强度、提高了施工安全系数[8-9]。

该项目的应用实践表明,变被动支护为主动支护,即保证了浅部围岩强度(锚网支护),也利用了深部围岩强度(托顶煤锚索梁),保证了工作面安全高效生产;
原工作面工作面被动超前支护,约有40%π型梁无法回撤或修复,23304工作面下超前节约了π型梁20余万元减少了人工费等成本支出10余万元/月。

该项目的应用优化了支护,改善了围岩受力状态,变“被动”为“主动”,保证了工作面安全高效生产;
减小了工人劳动强度,减少辅助运输量;
简化工作面超前支护;
减少了巷道维修量;
降低了支护成本;
减少设备损坏、提高了安全生产系数,为以后抬顶煤综放工作面超前支护提供参考依据,具有显著的社会经济效益和广阔的应用前景。

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