综采工作面超前复合支护优化设计及其应用_曹奎奎.pdf

综采工作面超前复合支护优化设计及其应用曹奎奎（河南永锦能源有限公司云盖山煤矿二矿，河南许昌461683）摘要：采煤工作面超前是连接回风巷和运输巷的关键部位，担负着煤炭、物料运输，进回风、行人等任务；此范围内存在控顶面积大、且掘进时存在压力重新分布、回采期间在超前支承压力作用下，顶板出现大量下沉，造成工作面上下出口及超前处最容易发生冒顶事故，影响回采安全。通过优化支护，改善围岩受力状态，变“被动”为“主动”，利用深部围岩强度（增打托顶煤锚索梁），简化了工作面超前支护，减少了巷道维修量，为以后抬顶煤综放工作面超前支护提供参考依据，具有显著的社会经济效益和广阔的应用前景。关键词：综采工作面复合支护超前支护托顶煤锚索梁技术研究应用中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：2095-0748（2023）01-0145-02123304 智能化综放工作面概况23304 智能化综放工作面超前需沿底替换抬顶煤支护，智能化综放工作面设备大型化、重型化；下超前转载机及皮带尾宽度 2.2 m，支护宽度达 2.6 m；且转载机电机处高度 2.1 m，支护高度需达 2.4 m 以上；转载机长度 45 m、皮带机尾 6 m，支护长度超过 50 m。工作面下超前支护长度较长、工作面退进度慢，超前支护压力显现，变形较快，出现 型梁压转载机电机、型梁回撤困难等情况；每班需安排人员对转载机、皮带机尾卧底。经过 2021 年 6 月至 2021 年 8 月对 23304 综采工作面采动数据观察和分析，发现 23304 综采工作面下超前受采动影响变形较大，所以 2021 年 9 月开始对 23304 工作面增加主动锚网索托梁支护，配合被动支护单体柱配合倾向 型梁“一梁三柱”支护，超前支护单体支柱初撑力必须达到 6 MPa（绞顶地段及贴帮柱不低于 4 MPa），每班在交接班时对单体支柱补液，班中根据检查的情况循环补液；局部根据支护情况打设锚索托梁加固。2项目实施主要内容及技术关键1）工作面下超前支护长度较长、工作面退进度慢，超前支护压力显现，变形较快，出现 型梁压转载机电机、型梁回撤困难等情况；每班需安排人员对转载机、皮带机尾卧底1-3。2）托顶煤锚索梁：使用锚杆机风排粉打设锚索钻孔，钻孔穿过煤层后，进入顶板岩层 1.5 m 以上，将锚索锚固端固定在顶板硬岩不低于 1.5 m 配合锚索梁对顶煤进行支护4。3）增加主动支护：使用锚网增加浅部围岩强度，使用锚索托梁加固深部围岩强度；由于运输顺槽采用沿底抬顶煤掘进，工作面超前支护采用“型梁+单体柱”被动支护，变形量较大；为增加支护强度采用主被动支护结合的“型梁+单体柱+锚索托梁”支护方式。4）优化超前支护：使用全断面走向“型梁+单体柱”支护替换成巷中两排“倾向 型梁+单体柱”支护，利于 型梁回撤及复用，降低了支护成本、减轻了职工劳动强度，提高了施工安全系数5-6。3项目创新点1）托顶煤锚索梁：使用锚杆机风排粉打设锚索钻孔，钻孔穿过煤层后，进入顶板岩层 1.5 m 以上，将锚索锚固端固定在顶板硬岩不低于 1.5 m 配合锚索梁对顶煤进行支护。2）增加主动支护：使用主动锚网索托梁替换被动U 型拱支护，顶部采用 22 mm2 400 mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合 M钢带，锚杆间排距 800 mm800 mm；帮部采用 20 mm2 500 mm的右旋螺纹钢锚杆配合 M钢带，锚杆间排距 800 mm800 mm；全断面采用钢筋网护顶、帮，钢筋网采用规格 1 500 mm1 100 mm，网孔为 75 mm75 mm；钢网与钢网搭接长度不小于 75 mm，使用双股 14 号铁丝两孔双排三花布置。帮部使用 M钢带，帮部钢筋网里侧铺设双层塑编网。顶部采用 21.6 mm10 000 mm的锚索配合锚索托梁，锚索间排距 1 300 mm800 mm，巷道上帮采用 21.6 mm4 000 mm 的锚索配合锚索托梁加固、下帮采用 21.6 mm6 000 mm的锚索配合锚索托梁加固，锚索托梁位于帮部第一、二根锚杆中部（见下页图 1、图 2）7。3）优化超前支护：使用全断面走向“型梁+单体柱”支护替换成巷中两排“倾向 型梁+单体柱”支护，利于 型梁回撤及复用，降低了支护成本、减轻了职工劳动强度、提高了施工安全系数8-9。4效益分析该项目的应用实践表明，变被动支护为主动支护，收稿日期：2022-04-20作者简介：曹奎奎（1987），男，河南永城人，工程师，研究方向为巷道支护。总第 223 期2023 年第 1 期现代工业经济和信息化Modern Industrial Economyand InformationizationTotal 223No.1，2023DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2023.01.054应用推广现代工业经济和信息化第 13 卷图 123304 运输顺槽锚网索支护巷道断面图（单位：mm）间排距 1 300800 mm21.610 000 mm 锚索222 400 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆间排距 800800 mm202 500 mm 锚杆间排距 800800 mm21.66 000 mm锚索配合横向托梁2 8008008003505007001 3008008008008001 0001 3008005007006002502 1004001 6001 3001 3004005001 600上帮21.64 000 mm锚索配合横向托梁下帮行人侧5 000图 223304 运输顺槽锚网索支护巷道俯视图（单位：mm）202 500 mm 锚杆21.66 000 mm间排距 800800 mm锚索配合横向托梁222 400 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆间排距 800800 mm21.610 000 mm 锚索间排距 1 300800 mm21.64 000 mm锚索配合横向托梁8008008007005008001 3001 0001 3007005008008008008005 000800800800即保证了浅部围岩强度（锚网支护），也利用了深部围岩强度（托顶煤锚索梁），保证了工作面安全高效生产；原工作面工作面被动超前支护，约有 40%型梁无法回撤或修复，23304 工作面下超前节约了 型梁 20 余万元减少了人工费等成本支出 10 余万元/月。5推广应用前景该项目的应用优化了支护，改善了围岩受力状态，变“被动”为“主动”，保证了工作面安全高效生产；减小了工人劳动强度，减少辅助运输量；简化工作面超前支护；减少了巷道维修量；降低了支护成本；减少设备损坏、提高了安全生产系数，为以后抬顶煤综放工作面超前支护提供参考依据，具有显著的社会经济效益和广阔的应用前景。参考文献1张文龙，范利丹.深部软岩巷道围岩变形分析与控制J.河南理工大学学报：自然科学版，40（3）：6.2朱海峰.采动影响下沿空巷道围岩稳定性分析与控制技术研究J.山东煤炭科技，2019（5）：66-68.3李鹏举，路璐.回采动压影响巷道围岩控制技术研究与应用J.能源技术与管理，2020，45（2）：99-101.4伶洪广.回采巷道围岩控制支护技术应用J.江西煤炭科技，2021（2）：45-48.5张志军.采动影响下巷道支护参数的模拟分析及应用J.江西煤炭科技，2021（1）：5-7.6马志明，贺安民，董荣宝，等.全断面矩形快速掘进机机载锚杆钻机安全防护措施的研究J.煤矿机械，2021，42（10）：63-65.7鲍伟，孙文进，王洪立，等.履带式临时支护作业平台与全液压双锚杆钻机的研制J.煤矿机械，2018，39（4）：22-24.8于广东，孟国营，冯学文.煤矿巷道顶板强度随钻识别系统与钻速优化研究J.河南理工大学学报（自然科学版），2022，41（3）：11-13.9杜利官.MQT-130/2.7 型气动锚杆钻机的常见故障及维护措施J.机械管理开发，2020，35（8）：36-38.10张君，李玉贵.含不确定性参数的锚杆钻机机械臂运动学误差分析J.煤炭学报，2019，44（10）：96-98.（编辑：赵婧）Design Optimization Technology of Over-advanced Composite Support for Header WorkingFaceCao Kuikui（Yungaishan Coal Mine No.2,Henan Yongjin Energy Co.,Ltd.,Xuchang Henan 461683）Abstract:The overhead of coal mining face is the key part connecting the return air lane and transport lane,which is responsible for thetransportation of coal and materials,return air and pedestrian;there is a large roof control area in this area,and the pressure is redistributedwhen digging,and the roof plate sinks a lot under the pressure of the overhead support during the return mining period,which causes theoverhead accident to occur most easily at the exit and overhead of the working face and affects the safety of return mining.By optimizingthe support,improving the stress state of the surrounding rock,turning passive into active,using the strength of the deep surroundingrock(additional top coal anchor beam),simplifying the overhead support of the working face,reducing the amount of maintenance of theroadway,and providing a reference basis for the overhead support of the top-raising coal comprehensive release working face in the future.It provides a reference basis for the future overhead support of coal lifting workface,with significant social and economic benefits and broadapplication prospects.Key words:comprehensive mining working face;composite support;overrun support;jacking coal anchor rope beam;technical research;application146