切顶卸压自动成巷支护工艺研究_王旭满.pdf

顶效果最佳，依据 1232 运巷具体地质条件设计其留 巷支护方案， 并模拟分析优选出最佳方案， 现场应用 及巷道表面位移监测结果表明， 留巷期间， 大多数区 域巷道顶板下沉量和两帮移近量均小于 200mm， 围 岩整体稳定， 支护效果显著， 研究成果可为类似地质 条件下切顶卸压留巷技术的应用提供借鉴。 参考文献 [1] 郝永刚. 沿空留巷技术在祥升煤业综采工作面应用分析 [J].煤,2020,29 （01） 73- 74. [2] 孟碧坤,张孝明.切顶成巷无煤柱开采技术在云冈矿的应 用[J].山东煤炭科技,2019 （12） 26- 28. [3] 董明晖,杨秉真,周慧忠.沿空放顶成巷无煤柱开采技术研 究[J].煤炭技术,2019,38 （09） 34- 37. [4] 李博. 大同矿区坚硬顶板切顶卸压沿空留巷开采技术研 究与应用[J].煤炭科技,2019,40 （02） 80- 82. 作者简介 田剑舟 （1984-） ， 男， 山西介休市人， 2015 年 1 月毕业于 太原理工大学采矿工程专业， 现就职于汾西矿业集团曙光煤 矿， 助理工程师， 研究方向 综采工作面过地质变化。 （收稿日期 2020- 4- 13） 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 1工作面概况 高河能源矿业位于山西省长治境内， 区域批复可 采煤层为 4 煤层， 401 综采工作面为 4 煤层的首采 面， 工作面全长 480m， 煤层平均厚度为 2.8m， 采高约 为 2.1m， 4 煤层伪顶为炭质泥岩， 平均厚度为 0.6m， 直接顶为砂质泥岩， 平均厚度 4.88m， 基本顶为细粒 砂岩， 平均厚度 8.4m， 直接底为砂纸泥岩， 平均厚度 3.23m， 根据矿压观测结果显示， 工作面初次来压的步 距大约在 2628m之间，来压最大强度为 62MPa， 工 作面周期来压的步距大约在 18- 22m 之间， 来压最大 强度为 66MPa。 2切顶卸压顶板力学特征 在进行切顶卸压自动成巷工艺后， 随着工作面的 推进， 直接顶垮落， 基本顶悬露的面积不断增加， 当基 本顶的上覆载荷超过其承载极限时， 会出现基本顶垮 落坍塌的现象， 并对沿空留巷产生较大的影响， 具体 切顶卸压自动成巷支护工艺研究 王 旭 满 （山西高平科兴新庄煤业有限公司 ， 山西 高平 048400 ） 摘要 针对工作面进行切顶卸压自动成巷施工工艺后围岩稳定性遭到破坏、 顶板破碎严重的问题， 以高河能源 401 综采工作面为研究对象， 进行了端头支架优化设计与顶板挂网的优化设计， 通过试验 分析， 确定出当铁丝网搭接长度为 1.15m～1.40m， 压底长度为 0.2m～0.35m 时， 能够有效阻止采空区 矸石进入巷道， 实现工作面的安全回采。 关键词 切顶卸压； 力学特征； 端头优化； 网兜 中图分类号 TD353文献标识码 A 文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0016-03 Research on Automatic Roadway Support Technology for Cutting Roof and Releasing Pressure WANG Xuman （Shanxi Gaoping Kexing Xinzhuang Coal Industry Co., Ltd. ， Gaoping 048400 ， China ） Abstract Aiming at the problems that the stability of the surrounding rock is damaged and the roof is severely broken after the roof cutting and pressure-relief automatic tunneling construction process is pered on the working face, the optimization design of the end bracket and the roof hanging are carried out with Gaohe Energy 401 comprehensive mining face as the research object The optimal design of the mesh, through experimental analysis, determined that when the overlap length of the barbed wire is 1.15m to 1.40m and the length of the bottom pressure is 0.2m to 0.35m, it can effectively prevent the gob from entering the roadway and realize the safe mining of the working face. Keywords Cutting top pressure relief ; mechanical characteristics ; end optimization ; net pocket 16 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 表现为以下两点 1 ）由于基本顶悬顶位于沿空巷道的顶部，在重 力的作用下， 存在于基本顶与上覆岩层中的接触面扩 张， 接触应力会明显降低， 基本顶与上覆岩层由于变 形的不一致性会逐渐出现层间的错位、偏移现象， 最 终在对两者的接触面形成一定程度的剪切破坏[1-2]。 2 ）在基本顶悬顶的作用下，巷道内部应力出现 积聚现象， 特别是位于采空区一侧的巷道， 其顶板下 沉量与顶板离层现象要远远高于巷道内的其它区域， 巷旁支护也会由于悬顶梁的旋转而产生较大的困难 [3]， 此时， 需加强巷道的支护强度， 避免因支护强度过 低而造成支护设备被压死、 甚至是压垮的现象。 3切顶卸压自动成巷支护优化设计 3.1端头支架优化设计 随着 401 综采工作面的推进， 对采空区的垮落情 况及巷道围岩的变形情况进行实测分析， 监测数据显 示， 401 工作面在顶板初次来压后，运输顺槽出现了 大面积的悬顶， 顶板垮落现象较为严重， 工作面在周 期来压后， 采空区上覆岩层出现了较大范围的贯通裂 隙， 工作面端头支架对顶板锚索、 网片造成了较为严 重的破坏， 为保证巷道顶板的稳定性， 现对端头支架 进行优化设计， 具体优化工艺如下 1 ）当 401 综采工作面推进到切眼位置时对 1 端头支架进行回撤； 2 ）对焊接推拉头进行重新加工， 具体做法为 采 用不小于 20mm的厚钢板制作四块加高块件 （加高块 四周需焊接起吊环 ） ，并在加高块的中部设置防压块 件， 各防压块件采用 12 工字钢均匀布置； 3 ）对 2 端头支架向机尾处进行偏移， 偏移距离 为 300mm； 4 ）对 3 端头支架向机尾处进行偏移， 偏移距离 为 1100mm； 5 ）在端头支架上方焊接加高块件，保护顺槽锚 索不被破坏。 端头支架优化布置断面图与设计三视图如图 1、 图 2 所示。 3.2顶板挂网优化设计 为防止采空区的矸石垮落进入到巷道内部， 一般 通过对工作面端头支架处架设铁丝网、 钢丝网等技术 手段阻止矸石的滑入， 即将铁丝网的两端分别与端头 支架、 顶板进行搭接， 进而形成一层保护网， 阻挡矸石 的进入[4]。 在工程施工中， 在多处侧帮铁丝网中出现了 “网兜” 的现象， 在很大程度上阻止采空区矸石进入巷 道的同时， 也对巷道的整体成巷以及后期的喷浆加固 处理带来了不利影响[5]， 因此， 现对顶板挂网进行优化 设计， 以保证整体成巷的效果。 图 1端头支架优化布置断面图 图 2端头支架优化设计三视图 “网兜” 的形成是造成整体成巷的最直接因素， 因 此， 对 “网兜” 的优化处理的是研究的重点， 在施工生 产中， 完全将 “网兜” 去除、 避免 “网兜” 的出现都是难 以实现的， 因此， 尽量避免 “大网兜” 的出现， 减小 “网 兜” 出现的数量是施工的目标。 在对支架顶部进行铁丝网铺设时， 需保证铺设长 度与工作面长度保持一致， 铁丝网的搭接长度可由公 式 （1 ） 确定。 LdL- H- Ly- d（1 ） 式中 Ld、 L、 Ly分别为铁丝网的搭接长度 cm。铁 丝网宽度 cm 和铁丝网压底长度 cm； H 为巷道高度 cm； d 为水沟沟深 cm。 3.2.1优化设计方案 为确定出最佳试验方案， 试验共制定 4 阶段的分 组试验， 试验段编号分别为 A、 B、 C、 D试验段， 各阶段 的试验巷道长度为 10m， 高度为 2.3m， 各试验段的位 置示意如图 3 所示。 由巷道高度将网和顶板两者搭接的宽度进行设 17 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 定， 本次设计想将最佳试验效果确定出来， 共制定了 A 到 D 四个不同的试验阶段。每个阶段的巷道高均 为 2.3m， 长度均为 10m。具体阶段位置见图 3。 图 3各试验段位置示意图 各试验段参数设置如下 A试验段 设定铁丝网与顶板的搭接长度在 0.65 m～0.9m 之间， 通过公式 （1 ） 可确定出另一端压底的 长度在 0.6m～0.85m之间； B 试验段设定铁丝网与顶板的搭接长度在 0.9m～1.15m 之间， 通过公式 （1 ） 可确定出另一端压 底的长度在 0.35m～0.6m之间； C 试验段设定铁丝网与顶板的搭接长度在 1.15m～1.3m 之间， 通过公式 （1 ） 可确定出另一端压 底的长度在 0.2m～0.35m之间； D 试验段设定铁丝网与顶板的搭接长度在 1.30m～1.50m 之间， 通过公式 （1 ） 可确定出另一端压 底的长度在 0m～0.2m之间。 对试验各设计方案进行实施， 对各试验段产生的 网兜尺寸进行监测， 利用反馈回的数据对方案随时调 整， 在施工过程中， 为避免安全隐患， 对于出现的网 兜， 在监测记录的同时， 需将铁丝网一端与网兜起始 处进行搭接， 另一端埋设在水沟中， 防止矸石落入巷 道， 影响工作面正常生产。 3.2.2试验效果分析 按照预设方案对各试验段产生网兜的具体情况 进行监测， 监测的主要参数包括网兜高度以及网兜深 度， A、 、 B、 C、 D 试验段距工作面距离与网兜深度、 高 度的关系曲线分别如图 4、 图 5 所示。 图 4A、 B、 C、 D试验段距工作面距离与网兜深度关系曲线图 对图 4、 图 5 进行分析可知， 随着工作面的持续 推进，布设的铁丝网随矸石数量的增加出现了网兜， 网兜的深度、 高度与铁丝网的搭接长度与压底长度有 着直接的关系， 通过图示， 可以看出， 在各试验阶段 中， 网兜效果最好的一组为 C 试验段， 即当铁丝网搭 接长度为 1.15m～1.40m，压底长度为 0.2m～0.35m 时， 试验效果最好， 其产生的网兜高度在 5cm～25cm 之间， 网兜深度在 3～18cm 之间， 该试验方案能够较 大程度地利用材料，有效阻止采空区矸石蹿入巷道， 保证施工的安全性。 图 5A、 B、 C、 D试验段距工作面距离与网兜高度关系曲线图 4结语 采用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术后， 巷道 靠近采空区的帮部主要是以采场顶板岩石为基础， 随 着工作面的推进， 位于采空区一侧的巷道顶板应力积 聚， 给巷道支护带来较大困难， 针对高河能源 401 综 采工作面在周期来压后， 采空区上覆岩层出现了较大 范围的贯通裂隙， 工作面端头支架对顶板锚索、 网片 造成了较为严重的破坏的问题， 进行了端头支架优化 设计与顶板挂网的优化设计， 有效地保证了巷道顶板 的稳定性， 实现了工作面安全生产。 参考文献 [1] 汤建泉,霍雪峰,朱仲帅.切顶卸压留巷工作面矿压监测与 规律研究[J].煤炭技术,2019,38 （02） 55- 57. [2] 王小国,梁家豪.切顶卸压留巷矿压显现规律[J].能源与环 保,2018,40 （10） 203- 206. [3] 杨森,周冰川,李迎富,华心祝.无巷旁充填切顶卸压沿空 留巷矿压显现规律及关键支护技术[J].煤矿安全,2018,49 （08） 222- 225230. [4] 姬政海. 苏矿十五层回采巷道支护的改进挂网锚梁 支护在矿碎顶板巷道的应用[J].内蒙古科技与经济,2005 （10） 129- 130. [5] 胡建平.切顶卸压沿空留巷巷帮支护新工艺及应用[J].陕 西煤炭,2017,36 （06） 95- 97. 作者简介 王旭满 （1980.12-） ， 男， 汉族， 山西省长子县人， 2012 年 毕业于山西大同大学， 本科， 采煤工程师， 现就职与山西高平 科兴新庄煤业有限公司， 担任总工程师。 （收稿日 2020- 3- 4） 18 ChaoXing