采煤工作面端头支护工艺可行性技术探讨

高松芝，杜修峰

（山东能源枣矿集团滨湖煤矿，山东 枣庄 277517）

在我国煤炭开采领域，综采放顶煤工作面的支护是一项重要的施工技术，因为在进行综采放顶煤工作面端头一般会设置传动装置和电机等设备，占用大量的空间，影响放顶煤。再者，顶煤的最后放顶煤也给维护工作带来了很大的困难。如果处理不当，很容易造成机头的淹没。因此，有必要积极促进综采放顶煤工作面支护技术的应用，探讨综采放工作面支护施工中存在的问题，并结合实际施工需要，合理选择综采放顶煤工作面支护技术，对综采放工作面支护具有重要意义。某煤矿属于薄煤层生产矿井，近两年矿井全部实现智能化采煤后，而巷道掘进相对落后的支护工艺和方法难以适应本矿井智能化开采的需要。造成矿井采掘接续失调，采掘工艺技术不均衡、不匹配，因此研究试用并创新应用了“注浆锚索式”支护技术[1]。

1.1 端头支架常见的问题

综采放顶煤工作面支护工作以往采用端头支架。然而但是由于端头支架在实际应用中支护强度不够，并且适应性不强，其次，由于大量的设备占用的空间，极易引发埋没事故，工作效率低，也不具备及时性，支架上可放煤量也少之又少，端头支架甚至会对运营商造成巨大的生命威胁。此外，由于设备后补的输送机经常出现飘链以及跑链的问题，这就导致端头支架与机头机尾不便于移动，最终会被埋没，这不仅会导致严重的煤矿资源的损失，而且造成严重的环境污染。煤矸的回收极为困难，如果长时间受热，还会引起煤矸石起火，造成更大的风险。一般通过端头区域进入工作面，但由于该区域的特殊位置，设备数量较多，且设备占用的空间杂乱，施工难度极大，工作效率大大降低。通过采用端头支架放顶煤，可以在中间支架的基础上发展。在不同因素的影响下，单支架在早期端头和端头区发挥着重要的作用，采用简易液压支架作为工作面支架。目前，前后双输送机已得到广泛应用，在端头支护中起着重要作用，有效地提高了效率，大大降低了操作难度[2]。

1.2 端头支护的布置

对于综采放顶煤工作面支护，其主要特点是机头部位和机尾部的尺寸比较大，综采放顶煤工作面内部空间严重不足。因此，为了保证煤矿开采的顺利进行，必须采取安全可靠的支护方法。因此，过渡支架设置中主要注意以下几点问题：

1）在过渡支架的设置在中，由于后尾梁的调节高度以及掩护范围比较大，可以确保输送机移动和运行具备足够的过煤空间。

2）如果综采放顶煤工作面没有端头液压支架，一般在上、下巷道位置分别设置端部支架，靠近中架位置设置端头支架。部分区域只起到支撑作用，有的地区不放煤。另外，在靠近巷道的位置设置了两个支架，达到了良好的支护效果[3]。

某煤矿自建矿以来，根据不同地质条件，本着因地制宜、注重实效的原则，相继进行“单体液压支柱配合一（十）字梁支护”工艺、“巷道支架支护”工艺。在集团公司大力支持和指导下，某煤矿引进注浆锚索施工工艺技术，委托中国矿业大学进行科研论证，工作面回采期间两顺槽超前支护合理支护强度应为0.50 MPa，巷道掘进施工的锚杆（索）支护强度为0.38 MPa，小于合理支护强度，当采用注浆锚索对超前支护区域进行补强支护后，支护强度可达到0.56MPa。通过计算对方案进行了修改论证、优化完善，支护强度、支护形式均能满足安全生产的需要，最终，确立了在巷道内采用“注浆锚索式”支护施工工艺方案。

3.1 工艺特点

1）针对12层煤复合顶板、不稳定的结构，回采前对顶板采用注浆锚索配合16号槽钢梁进行注浆预加固，锚梁长3.0 m，小于巷道宽度，每根锚梁配备2根Φ21.8 mm×6000 mm注浆锚索，锚索间排距为1600 mm×2000 mm。（插入断面图）

2）根据12煤矿压显现规律，超前30 m进行补强锚索主动支护，防止巷道顶部岩梁与上部围岩离层。

3）制定超前段矿压观测方案，从注浆锚索替代超前支护开始，分别制定了包括顶板离层观测、顶帮收缩量观测、顶帮围岩应力观测等内容的观测方案，观测数据做到每天一统计、一分析，检验支护效果。

3.2 工艺流程（见图1）

图1 工艺流程图

根据顶板岩性及顶板离层观测情况选择注浆时间（注浆液水灰比1∶1.5，添加剂掺量为水泥重量的8%）。

1）支护技术改革必须利用科学手段进行分析计算，与科学院校合作不断检验论证，在安全可行的条件下，要进行大胆尝试支护技术改革，根据现场条件及时优化调整方案，即不能固步自封，也不能盲目凭经验开展。

2）新的支护技术简化了超前支护工序，颠覆了单体支柱、巷道支架支护超前的历史，减轻作业人员的工作量和劳动强度，为智能化开采提供了有力保障。

3）基于煤围岩破碎机理观测分析，某巷道推广使用注浆锚索进行工作面超前段超前支护。

4）为巷道施工受老空区压力影响、过断层破碎带时，提供了一个支护工艺新方法，开辟了应力叠加、顶板围岩破碎带施工支护新途径。

1）消除了作业人员支设单体存在的安全隐患，避免超前段单体泄液、补液不及时带来的顶板安全隐患。

2）在采煤工作面回采过程中，两个端头支护安全牢固，基本消除了因为端头顶板下沉而带来的出口高度、宽度不足等隐患问题。当工作面出现事故时，可确保端头出口畅通便于人员迅速离开，改善了端头支护难、维护难得问题。

3）超前段顶板最大下沉量由原支护方式下的668 mm减少到220 mm，顶板最大离层量由52 mm减少到23 mm，超前段顶板相对完整，坠网现象较少。

4）减少了单体、巷道支架等装备占用巷道空间，有效的降低了通风阻力，有效保障了出口畅通。

5）每班减少超前端头工6人，综合考虑人工成本、单体租赁、锚梁回收费用，经济效益可观，经测算某工作面两巷超前段应用注浆锚索创效45965元。

随着我国煤矿企业的不断发展，促进了社会经济的改善，满足了人们的实际需求。然而，在综采放顶煤工作面的支护工作中，选择和应用好的支护技术，不仅可以提高煤炭开采效率，而且可以有效地保证开采作业的安全，这对煤矿企业的发展具有重要意义。

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