采煤工作面顺槽支护设计与应用

　　摘要：根据1122工作面顶板条件，将上、下顺槽划分为砂岩顶板区段、泥岩顶板区段、砂质泥岩顶板区段，有针对性提出了相应的支护方案，顺槽断面收敛率下降，防止了顶板剧烈下沉。
　　
　　关键词：顺槽支护；设计方案；应用。
　　
　　工作面顺槽作为采场的回采巷道，通常有两条分别为运输顺槽、辅助顺槽。辅运顺槽作为进风巷道，运输顺槽主要作为回风巷道。随着工作面推进，工作面上下顺槽会经历煤壁超前支承压力、采空区残余支承压力、采空区上下测支承压力的叠加影响。工作面上下顺槽依次要经历巷道掘进影响、采动影响、二次采动影响等3次比较剧烈的矿压作用[1].若不采取有针对性的巷内支护措施，采煤面上下顺槽在工作面推进期间围岩塑性流动区范围会快速扩大，顶板剧烈下沉，顺槽断面快速收敛。为了使上下顺槽内支护效果最佳，必须根据具体的地质条件选择最合理的支护方式。
　　
　　1、工程概述。
　　
　　内蒙古西部矿业旗下某矿1122工作面为A组煤首采面，工作面标高-470m~-540m,地面标高+18.0m~+23.
　　
　　8m,预计走向可采长度1400m;开采3煤层，煤厚3.0m~8.4m,平均5m,煤层倾角8°~25°；1122工作面上、下顺槽和切眼设计工程量分别为1584m、1718m、180m.运输顺槽与回风顺槽平行布置，其中运输顺槽为机轨合一。
　　
　　上下顺槽在经历巷道掘进影响、采动影响、二次采动影响等3次比较剧烈的矿压作用下顶板裂隙不断发育，结构面贯通形成层状并冒落，在两帮挤压作用下快速下沉[2].顺槽两帮在剧烈矿压作用下劈裂破坏，向巷道内侧收缩，整个顺槽内松动破坏范围快速发展，断面收敛速度加快。
　　
　　2、顺槽顶板岩石强度试验。
　　
　　对上下顺槽进行钻孔取芯，在实验室中进行试件制作，进行分组、编号，制作和试验过程严格按煤炭行业标准有关要求进行。标准试件采用直径为50mm的圆柱体，高径比为2（±0.2）。考虑到取回试样的岩性，若进一步钻孔取芯，试件将无法成型，因此只对上下端面进行切割加工，使试件上下端面平整。顺槽顶板可以根据岩石强度试验分为砂岩顶板区段、砂质泥岩顶板区段、泥岩顶板区段。
　　
　　3顺槽支护方案。
　　
　　3.1支护原理。
　　
　　巷道开挖会使得其周围一定范围内的岩体原岩应力重新分布，岩体平衡状态被破坏，开挖巷道顶板两帮变形、截面收敛。由于开挖而引起的围岩或支护结构上的力学效应统称为广义的围岩压力。扰动应力小于围岩的弹性极限时围岩自身可以承担大部分应力荷载。扰动应力大于围岩的弹性极限时，若不采取外来支护措施只靠围岩自身是难以应对周围岩体的外来荷载的。只有通过围岩与支护结构两者才能承担外来荷载[3].
　　
　　锚杆和锚索的组合支护形式增大了锚杆和锚索的护表面积提高顶板支护的整体性，对于维护顶板的完整性效果显着[4].锚索、高强锚杆组合支护是工作面顺槽主要的支护方式。这种支护方式不仅能在巷道周围岩体中形成群锚效应提高顶板两帮的稳定性，更重要的意义在于这种支护方式使得配套的梁、网在支护结构中的效用发挥了最大，整个支护结构能够更好的抵抗围岩剧烈变形。锚索、高强锚杆组合支护作为一套高性能的支护结构能够尽快在巷道周围形成稳定的内部承载结构。
　　
　　3.2方案设计。
　　
　　3.2.1巷道断面及支护方式。
　　
　　1122上下顺槽锚索网支护巷道断面参数：宽为5.0m,中高为3.2m,巷道截面积16.00m2.
　　
　　根据1122首采面掘进区域顶板岩性分区段确定上下顺槽锚索网支护参数。为了防止顶板出现漏冒顶事故，对于局部构造较为破碎的区段，强化锚索支护，对于构造更为复杂的区段采用架棚过渡。
　　
　　3.2.2顺槽顶板支护。
　　
　　顶板支护结构包括三部分。
　　
　　第一部分由锚杆和M5钢带组成。在巷道中部安装M5钢带，将7根锚杆（Φ22mm×2600mm）为一组分别将每根M5钢带（长4.8m）垂直锚入巷道顶板。
　　
　　第二部分由16#槽钢和锚索组成。
　　
　　砂岩顶板区段：在巷道中部两根钢带之间安装2.4m的16#槽钢与锚索（Φ22mm×6500mm）。锚索布置方式为“3-0”,3根锚索为一组将16#槽钢垂直锚入巷道顶板（见图1）。
　　
　　砂质泥岩顶板区段：巷道中部两根钢带之间安装2.4m的16#槽钢（长度2.4m）与锚索（Φ22mm×6500mm），相邻排锚索（Φ22mm×6500mm）呈交错布置，布置方式为“3-3-0”（见图2）。
　　
　　泥岩顶板区段：锚索采用“3-3”交错布置方式。
　　
　　第三部分是12#金属网。锚网铺设的原则是封闭顶帮岩煤体。从顺槽顶板中部向两测铺锚网，顺槽帮部的锚网铺至巷帮底角，两边网过肩窝。相邻锚网搭接长度保证大于150mm,连网扎扣间距小于200mm,网孔<50mm×50mm.
　　
　　3.2.3顺槽巷帮支护顺槽帮部支护主要分为2部分。
　　
　　第一部分由M5钢带和锚杆的组合形式。高帮巷帮钢带长2.8m和1.0m,2.8m钢带竖直铺设，1.0m钢带水平铺设，每排布置5根锚杆；低帮巷帮钢带长2.4m,竖直铺设，每排布置4根锚杆。锚杆为Φ20mm×2200mm,高帮锚杆间排距为700mm×900mm,低帮为850mm×900mm.
　　
　　第二部分为12#金属网，沿顺槽煤帮竖直方向铺设金属网，搭接方向为纵向进行。搭接处用铁丝扎牢钢带压茬。顶板破碎带采用U型钢架棚支护，如果断层带区域顶板完整性较好，即破顶后不易掉顶，且顶板4.5m以上有稳定岩层，则可采用锚索网支护，但锚索应采用“5-5”加强支护布置，且加强支护区段应延伸前后20m范围以外。
　　
　　4、顶底两帮位移监测。
　　
　　图3为加强支护后距离开切眼80m的顺槽内监测点顶底及两帮位移变化。在煤壁前方65m前，顶板下沉速度较小，顺槽受采动影响不大；在煤壁前方25~65m内，随着工作面不断往前推移，顶底板移近量与两帮移近量及移近速度逐渐变大；在煤壁前方25m以内，顶底板最大移近量250mm,两帮最大移近量150mm.总体而言，经过加强支护后顺槽收敛性不大。
　　
　　5、结语。
　　
　　按照不同的顶板区段将1122工作面上下顺槽划分为：砂岩顶板区段、泥岩顶板区段、砂质泥岩顶板，针对顺槽顶板和巷帮结构提出了相应的支护方案，采煤面上下顺槽在回采矿压作用期间围岩塑性流动区范围缩小，顺槽断面收敛率下降，防止了顶板剧烈下沉，在巷道内形成稳定的内部承载结构。距煤壁前方25m以内，顶底板最大移近量250mm,两帮最大移近量150mm.总体而言，经过加强支护后顺槽收敛性不大。
　　
　　参考文献：
　　
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　　〔2〕李海伟。矿井沿空大断面顺槽支护设计与应用[J].现代矿业，2015（9）：156-158.　　
　　〔3〕于贵龙。超前液压支架在上下顺槽的应用[J].江西煤炭科技，2015（4）：70-72.　　
　　〔4〕雷建华。回采巷道支护设计与矿压显现监测分析[J].江西煤炭科技，2014（3）：102-104.　　
　　〔5〕任桂忠。顾桥矿1115（1）面上下顺槽锚梁网支护效果分析[J].能源技术与管理，2008（4）：24-25.