深部大变形顺槽超前支架支护效果分析

张宏志

（大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司， 山西 大同 037000）

引言

无数的现场经验表明，液压支架能否满足工作面地质条件和确保工作面安全可靠的生产，主要取决于液压支架的工作阻力。如果液压支架的工作阻力太大，液压支架的重量和整体尺寸就会增加，此时即使工作面的高效高产得到了保证，也会造成资源浪费和成本的提高，而且会给工作面的安装与搬迁带来很多麻烦[1-3]。如果支架的工作阻力小了，液压支架不能有效地支护顶板，当工作面出现来压时，液压支架就会撑不起来，对行人和设备造成危害，甚至造成一次性被压死、断梁、开焊等问题[4]。随着综合机械化工作面的不断发展、高效矿井建设的突飞猛进、机械制造技术和原材料的不断提高，液压支架已向高工作阻力、大采高、大吨位和高效益方向发展。某矿针对14310综放面顺槽超前工作面30～40m变形严重的问题，引进了超前支护距离为60m的支护系统，本文通过现场观测，对其支护效果进行考察。

1 工程概况

14310（东）综放工作面位于某矿十四采区北部，工作面切眼与顺槽斜交，轨顺走向长972.74m，运顺走向长938.51m，工作面倾斜宽261.8m。14310（东）综放工作面东起开切眼（轨顺较运顺向东延长34.23 m）；西至设计停采线（与14310下09（东）停采线平齐）；南邻14310上09（东）综放工作面和14310下09（东）综采工作面采空区；北邻井田边界。

1）轨道顺槽技术条件。顺槽巷道使用锚网支护，巷道断面为梯形，净断面面积15.924m2，且设计巷道上顶板宽度为4 200mm，底板宽度为4 900mm，巷道高度为3 500mm；巷道顶板和侧帮铺设金属菱形网，巷道顶板锚固间距为800mm的梯型钢带，在钢带上均匀布置7根Φ22mm×2 400mm的右旋无纵筋树脂锚杆，锚杆间排距为700mm×800mm；在侧帮上布置5根Φ20mm×2 000mm全螺纹锚杆，且锚杆间排距为750mm×800mm；在巷道顶板左右各750mm位置打注两排锚索，锚索间距1 600mm。煤层顶底板情况如表1所示。

表1 煤层顶底板情况表

2）超前支护组成及其主要技术参数。超前支护由1组ZCZl2800/22/38型锚固支架、3组ZCZ25600/22/38A型超前支护液压支架、1组ZCZ25600/22/38B型超前支护液压支架，支护总长度约60m，其中ZCZ25600/22/38B型超前支架顶梁带后铰接挑梁机构。

2 观测内容及测点设置

2.1 观测内容

1）巷道围岩的变形量包括顶板下沉量、底板堆积量、侧帮偏移量和面帮偏移量。

2）超前顺槽支架的支护阻力。

2.2 测点布置

1）巷道围岩的变形观测。在距开切眼260～470m之间设置围岩变形观测点，每组观测点的间隔为50m，共布设6组。

2）超前顺槽支架的支护阻力观测。对于超前支架的支护阻力的观察采取每列沿工作面走向布置3个测站，6条测线的方式，如下页图1所示。

3 观测数据分析

从表2中可以看出：

1）巷道顶底板最大累计移近量为415mm，最小累计移近量为119mm，平均累计移近量为201.7 mm；顶底板平均移近速度最大16mm/d，最小5 mm/d，平均 8.4mm/d。

2）两帮最大累计移近量为1 250mm，最小累计移近量为660mm，平均累计移近量为848mm；两帮平均移近速度最大44.6mm/d，最小27.5mm/d，平均36.2mm/d；面帮中最大累计移近量为365mm，最小移近量为13lmm，平均216mm；面帮中平均移近速度最大15.9mm/d，最小5.5mm/d，平均9.3mm/d。

图1 支架阻力测点布置

表2 14310工作面轨顺围岩变形观测数据

3）巷道顶底板的相对移近量和移近速度都小于两帮的围岩变形。顶底板平均移近量为201.7mm，两帮平均移近量为848mm，仅为两帮移近量的23.8%。

4）各测点随距工作面煤壁距离的减小，巷道顶底板、两帮移近量及移近速度逐渐增大，围岩活动由缓慢到逐渐剧烈。巷道超前影响范围为距工作面煤壁81～120m，巷道围岩逐渐发生变化，顶底和两帮逐渐变形、缩进，剧烈影响范围为距工作面煤壁35.5～52m，主要表现在两帮、顶底变形量逐渐增加，围岩活动剧烈，两帮其主要是外帮的鼓进量，约占帮部变形总量的2/3，顶底板变形增量较小。

4 结论

1）14310轨顺各测点观测结束时的巷道宽度为3 400mm～4 210mm，平均宽度为3 810mm。巷道高度为3 015～3 210mm，平均高度为3 112mm。与具有类似开采条件且采用单体液压支柱支护的巷道相比，14310轨顺巷道的顶底板之间相互平均移近量、顶底板之间相互移近平均速度、两帮之间的平均移近量以及两帮之间的平均移近速度分别占单体支柱时的17.7%、22%、29.4%、37.7%。

2）通过对支架阻力的测试可知：l号测点（ZCZl2800/22/38型 锚 固 支 架 ）、2 号 测 点（ZCZ25600/22/38A型超前支护液压支架）、3号测点（ZCZ25600/22/38B型超前支护液压支架）的支护阻力的平均值分别为10 732.6 kN、23 424.32 kN、24 654.47 kN，分别占额定支护阻力的83.85%、91.5%、96.3%。可见在工作面正常生产期间，超前支护支架取得了良好的支护效果，且这种支架的支撑能力大，支护强度高，相对单体液压支架支护而言巷道围岩的变形较小，为工作面的安全生产和巷道中的各种设备的正常运行提供了一个良好的工作环境。