62124 采煤工作面顶板支护设计及效果分析

时间：2024-07-28

李冠夏

（晋能控股煤业集团有限公司晋华宫矿，山西大同 037016）

1 概况

晋华宫矿隶属于山西大同煤矿集团，位于大同煤田东北边缘，产量为400 万t/a。62124 工作面走向长度1542 m，倾斜长度163 m，工作面煤层倾角0°～14°，面积约251 346 m2。工作面煤层最高2.6 m，最低1.48 m，平均1.95 m，工作面整体情况较稳定。

2 工作面顶板支护设计

2.1 矿压参数

通过实测同煤层工作面的矿压参数，来推算62124 工作面的大致情况，结合之前的经验，在无特殊地质条件突变情况下，两者契合度应该在90%以上[1]。矿压参数详见表1。

表1 预测62124 工作面相关矿压参数

2.2 支架选型理论计算

（1）液压支架选型

由经验公式（1）[2]计算工作面单位面积压力P，经计算P=39 000 kg/m2，换算为382.2 kN/m2，所需支架阻力为3 439.8 kN（支架顶部面积按9.0 m2计算）。在此选取ZY5000-12/28 液压支架，其工作阻力为5000 kN，故满足顶板支护强度要求。

式中：M为工作面平均采高，取值1.95 m；R为煤岩平均容重，取值 2.5×103kg/m3。

（2）工作面液压支架设计

62124 工作面设计安装ZY5000-12/25 型掩护式液压支架123架，机头、机尾处各安装一个端头支架，具体型号ZZ5200E，液压支架中心距设计为1.5 m。

3 工作面顶板控制措施分析

3.1 机头、尾处切顶支护

（1）机头切顶支护

① 当顶板完整时，在机头处沿着切顶线打两排密集支柱，其中靠近采空区排柱距300 mm，第二排柱距600 mm，两排支柱间距800 mm，柱帽和单体液压支柱连接处设计400 mm 长的小“π”型梁。具体支护示意图如图1[3]。

图1 机头、机尾切顶支护示意图

② 当顶板破碎时，需要架棚支护，用“π”梁或圆木做棚梁，单体液压支护作为支撑结构。当机头反刀、端头支架前进，在距离第二排切顶支柱800 mm 位置处，打上一排柱距600 mm 的单体液压支柱，然后及时撤出最靠近采空区排密集单体液压支柱，将原第二排液压支柱按照300 mm 进行加密。

（2）机尾切顶支护

① 运输机机尾125#支架外侧边缘与回风顺槽不采帮间距≤1000 mm 时，第一排单体柱距700 mm，第二排单体柱距700 mm，排距800 mm；不采帮间距>1000 mm 时，切顶支护紧贴瓦斯抽放管的两根单体柱距700 mm，其他单体液压支柱柱距300 mm，排距800 mm，顶部设计同机头处（见图1）。

② 机尾处的切顶支护交替循环同机头，排距和柱距均设计为800 mm。

③ 必须调整好工作面，保证运输机机尾125#支架外侧边缘与回风顺槽不采帮保持800 mm 以上间距，否则必须进行劈帮[4]。

3.2 两巷回收措施分析

（1）两巷顶锚、锚索、托板回收

顶锚采用专用工具拧开螺丝帽回收，锚索使用退锚器回收。回收下的锚片、锚索托板，集中后回收到指定地点。

① 当巷道顶锚及锚索进入两端头前，支架顶梁和切顶支护前的顶锚及锚索由生产班开始回收，回收一组割一刀煤[5]。

② 回收前必须严格执行“敲帮问顶”制度，停止采煤机并闭锁运输机、转载机、破碎机，严禁提前回或进入采空区回。若顶板破碎严重时，可隔架回收或暂不回收，退锚率要求不低于90%。

③ 回收顶锚及锚索高度超过人员身高时，需首先利用半圆木搭建临时工作台，宽度不得小于1.0 m，工作台由当班跟班队长安全确认。

（2）帮锚、帮网回收

① 两巷采帮帮网由生产班根据当班回采情况负责回收，回收包括相应的锚杆垫片。回收时对滚帮大的地段要打好临时贴帮点柱，护住煤帮，方可继续回收。回收时人员必须站在未回收的安全地段。回收后，空帮距离不大于1 m，人员必须在采煤机距离缺口30 m 前完成回收[6]。

② 两巷不采帮帮网不回收，但要求帮网进入采空区前必须断开，断开点间距不得小于500 mm，每班班后断开。

③ 两巷采帮帮网及锚杆在返刀时回收。回收前，采煤机距采帮2 m 左右时，闭锁转载机及运输机，缓慢开动采煤机破落锚杆周围的煤，使帮锚杆脱落，然后将采煤机退后缺口10 m 以外的地方停机闭锁，人工将帮锚杆及帮网捡出。

④ 采帮帮锚帮网必须回收，严禁拉入运输系统。回收下的帮锚、帮网要摆放到超前维护以外，码放整齐。回收巷道帮锚时，先回收下部帮锚，再回收上部帮锚。

3.3 轨道巷、皮带巷超前支护

（1）皮带巷超前支护方式

① 62124 工作面皮带巷尺寸：宽×高=4.2 m×3.0 m，从工作面切眼开始采用DZ-3.5 m 单体配合3.6 m 长“π”梁架棚支护，在“π”型钢梁下打设三根单体，棚距800 mm（如遇锚杆、锚索不宜架设时，根据其间距适宜调整），偏差小于±100 mm[7]。

② 皮带巷两帮超前单体分别打在距两帮小于300 mm 处，长度不得小于30 m。中间排单体打设在不采帮距转载机档煤板100 mm 处，长度紧跟转载机电机后。

（2）轨道巷超前支护方式

① 62124 工作面轨道巷尺寸：宽×高=4.2 m×2.8 m。工作面切眼采用DZ-3.15 m 单体配合3.6 m 长“π”梁架棚支护，在“π”型钢梁下打设三根单体，棚距1000 mm，偏差小于±100 mm。

② 轨道巷两帮超前单体分别打在距两帮小于300 mm 处，长度不小于30 m。中间排单体打在距采帮侧不小于2000 mm 处，长度不小于20 m。

3.4 顶板控制效果分析

利用位移传感器来测量顶底板移近量，以检测控制效果，具体结果如图2。由图中曲线可知：（1）在巷道掘进阶段（0～60 d），顶底板移近量为400 mm 左右；② 在平稳阶段（60～120 d），顶底板移近量基本维持在300～500 mm；③ 在采动影响阶段（120～180 d），顶底板移近量迅速增加到900～1000 mm。

图2 轨道巷顶底板移近曲线

由此可知：影响巷道稳定的主要因素是采动影响，但通过后期部分段再拓高后，不影响正常开采，整体满足使用要求，支护效果良好。