崔木煤矿1302工作面回采巷道超前支护参数优化

唐 强

（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆40037）

0 引言

巷道回采过程中，回风巷未进行超前支护或超前支护不当会导致回风巷破裂坍塌，巷道被堵之后通风不畅，通风系统紊乱，严重影响安全生产[1-2]。崔木煤矿1302回风巷超前支护常常出现顶板异响，支柱倾斜等不安全预兆，秉承“预防为主”的基本原则，对巷道支护参数进行优化，支护方式进行改善。研究表明：缩短液压支柱排间距，增强支护部件完整性，可有效控制目前支护上的不安全现状。

1 1302综放面回巷超前支护现状

工作面面长890 m，面宽200 m，平均煤层厚度7 m，采用走向长壁综合机械化放顶煤开采的方法，采3 m，放顶4 m。回风巷断面为梯形，巷道超前20 m支护，支护措施为单体液压支柱，上部架设工字钢衡量。施工图如图1所示，超前支护液压支柱排间距0.5 m，总支护长度10 m。

图1 回巷支护和超前支护措施

2 存在的问题及问题分析

现场工作面推进过程中，当工作面距离支护区域15 m时，存在顶板垮落的现象。全程对液压支架单柱应力进行32班次的观测，观测10排液压支柱受到的应力，应力变化曲线如图2所示；其中1~10号支柱分布如图3所示。

图2 液压支柱应力观测数据分析表

图3 液压支架布置图

通过将液压支架应力和矿井生产情况进行对比分析可知，每次工作面生产推进后，液压支架会出现一次应力突增的情况，之后又趋于一个平稳值，根据定量数值统计分析可知：无回采状态下，液压支架承受的平均应力约为100 MPa，在回采状态下，液压支柱承受的应力波峰值为160 MPa；当首次开采时，回采面距离液压支架整体布置了20 m，此时形成的应力波峰值为140 MPa；当进行第二循环的开采作业时，回采面距离液压支架17 m，此时形成的应力波峰值为145 MPa；当进行第三循环的开采作业时，回采面距离液压支架13 m，此时形成的应力波峰值为150 MPa；当进行第四循环的开采作业时，回采面距离液压支架10 m，此时形成的应力波峰值为160 MPa；整体应力波峰呈递增趋势。

工作面每推移1个循环，均会形成相同的应力变化趋势的情况，即随这工作面推进，应力有平稳值到达应力波峰值。分析原因，主要因为回采工作面距离超前支护液压支架的距离越来越近，地应力对超前支护液压支架的载荷不断凸显[3]。观察现场情况发现，每次回采1个循环后进入检修班时，液压支架连接衡量位置常常伴随着咯嘣声，同时容易出现局部顶板下沉的现象。综合分析，目前的支护方式存在一定安全隐患，无法满足超前支护需求。

3 参数优化措施及效果考察

为解决目前支护存在的问题，本文进行方案优化。将原先液压支柱排间距调整到0.4 m，且顶板支架连接呈框架式连接。

分析原先的支撑结构，由于煤层埋深较大，地应力较大，0.5 m的步长会导致竖向应力支撑失衡，液压支柱安置密度较小，同等条件下，0.4 m的液压支柱布置方式在20 m范围内布置51排，0.5 m的液压支柱布置方式在20 m范围内布置41排，同等距离范围内，液压支柱布置的数量增加了24.4%。因此，将液压支柱排间距降低至0.4 m可以提高整体支撑稳定性。

由于工字钢横梁和竖梁无直接连接点，仅通过横梁作为水平竖向单轴线型应力承接，当出现平向应力产生的水平位移的时候，变化产生整体倒塌的情况。巷道回采过程中，随着工作面的不断推进，水平应力会不断加剧[4-5]。将横梁、竖梁和1根平向梁用绞索连接的话，形成一个整体性的框架之后，即可以抵御平向应力又可以抵御竖向应力[6]。整体支护结构如图4所示。由图4可知，巷道上帮2排工字钢平向距离为2 m，排间距为0.4 m，2排工字钢之间采用铰链连接，其中，中间连接杆长度为0.5 m。支护好之后对距离工作面较近的10排支架承受的应力进行为期31 d的考察，考察结果如图5所示。

图4 调整后支护示意图

图5 优化后的应力观测数据报告

由图5可知，进行支护参数、支护方式优化后，同样遇到回采状况时，支架应力也会出现增加的情况，但变化波幅较小。无回采情况下，液压支架承受的平均应力为99 MPa，开始回采时，应力会出现小幅度波动，波动到最大值为110 MPa，最大波动量增长了约10%，波幅较小。和原支护后的承接应力变化对比，现支护措施出现应力变化的波长较大，波幅较小；现支护措施应力整体趋于平稳，现场施工过程中未出现顶板异常碎裂情况。综上所示，经过优化后的支护设计完全可以满足超前支护安全需求，而且降低了应力突变幅度较大产生的冲击对液压支架形成的蠕变裂隙。

4 结论

通过对崔木煤矿1302回风巷超前支护存在的问题进行分析，并进行参数优化，措施调整，效果考察得出以下结论：

1）超前支护液压支柱排间距为0.5 m，构建非紧固连接的支护方式导致回采过程中液压支架出现大幅应力波动，顶板异响等情况，无法满足超前支护安全需求。

2）巷道超前支护的液压支柱排间距调整为0.4 m后，通过铰链、螺栓等紧固措施进行整体性连接后的支护模式有效消除了现场不安全因素，控制了支柱应力大幅冲击现象。

综上所述，通过优化后的超前支护措施完全可以满足矿井回采过程中的回风巷的安全支护要求。