２０１６年第１２期 童娃蕉科技 ７ 工作面端头区稳定性分析及端头支架选用 王锴波 （山西长治潞安集团司马煤业有限公司，山西长治０４７１０５） 摘要 本文以司马矿１２１５工作面为实际工程背景，分别从端头区围岩结构、煤柱结构及煤柱加固方式对综放工作面的 端头区稳定性展开了深入的研究。将工作面顶板塌落之后所形成的弧形三角板看作是端头区的大结构，将端头支架看作是 端头区的小结构。并依据保证大、小结构稳定的方法初步选择下适合司马矿特点的端头支架。 关键词 综采 端头 稳定性 支架 中图分类号ＴＤ３５５ 文献标识码 Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１６．１２．００４ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｅｎｄ ｒｅｇｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ Ｓｉｍａ ｍｉｎｅ ＷａｎｇＫａｉ—ｂｏ （Ｓｈａｎｘｉ Ｃｈａｎｇｚｈｉ Ｌｕ’ａｎ Ｇｒｏｕｐ Ｓｉｍａ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｘｉ Ｃｈａｎｇｚｈｉ ０４７ １ ０５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｉｍａ ｍｉｎｅ １ ２ １ ５ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｓ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｔｏｐ ｃｏａｌ ｃａｖｉｎｇ ｆａｃｅ ｅｎｄ ｚｏｎｅ ｆｒｏｍ ｈｔｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｔｅ ｅｎｄ ｚｏｎｅ，ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｗａｙ．Ｔｈｅ ａｒｃ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｆｏｒｍｅｄ ａｆｔｅｒ ｒｏｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅｄ ｗａｓ ａｓ ｌａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ ｚｏｎｅ，ｔｈｅ ｅｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｗａｓ ａｓ ａ ｓｍａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｙｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｅｎｄ ｂｒａｃｋｅｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｉｍａ ｍｉｎｅ ｉｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｓｅｌｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｓｔａｂｉｌｉｙｔ ｓｕｐｐｏｒｔ 综放工作面端头区的矿压规律不同于工作面中 中的１２１６工作面，西部为二采区南翼大巷，东 部，端头区煤岩同时受到工作面侧向与走向的双重 部为经纺铁路保护煤柱。１２１５工作面可采长度为 约束，还会受到上覆岩层给予端头区的压力以及端 ７５２．８７ｍ，切眼长度１１０ｍ，刀把切眼长度１０５ｍ。 头区域两侧的煤柱所采用的加固方式、结构体系等 １２１５工作面布置有１２１５运巷、１２１５风巷、 的影响，使得端头区域煤柱的稳定性及冒放的规律 １２１５风巷Ⅱ段、１２１５切眼、１２１５刀把切眼、１２１５ 与工作面中间部位的煤柱规律有很大的不同，从而 运联巷、１２１５辅助运输联巷、１２１５运输联巷、１２１５ 使得端头区域的煤柱相较于工作面中间部位的更加 回风联巷、１２１５措施巷，均采用全锚网支护。运巷、 复杂，并会影响放煤的工艺参数。 风巷、风巷Ⅱ段、１２１５回风联巷支护规格均为矩形 本文结合司马矿实际煤层条件，研究综放工作 ５．０×３．２ｍ，１２１５切眼、１２１５刀把切眼支护规格均 面端头区域的稳定性，建立端头基本顶三角块力学 为矩形７．８×３．２ｍ，１２１５运联巷、１２１５辅助运输联巷、 模型，对端头弧三角悬板的形成进行研究，并根据 １２１５运输联巷支护规格均为矩形４．５×３．５ｍ，１２１５ 实际工程计算得出的端头支架的基本参数选取合理 措施巷支护规格为矩形４．５×３．２ｍ。 的端头支架，为初步形成安全、高效、先进的综放 工作面端部放煤及顶板管理成套技术体系奠定基 ２工作面端头区稳定性分析 础，对实现综放工作面高产高效，具有十分重要的 影响工作面端头区稳定性的因素不仅仅只有上 意义 覆岩层的结构及运动规律，它还包括端头区的大、 小结构、巷道外帮煤柱的合理宽度以及煤柱的加固 １ １２１５工作面端头区条件 条件等等，如图１所示。所以，对于１２１５工作面 司马矿１２１５工作面北邻采区大巷，南为设计 的综放开采，特别是端头区域煤的开采，要对其稳 定性进行分析，就需要了解端头区的大小结构、巷 收稿日期 ２０１６—０９—０７ 作者简介王锴波（１９８６．），男，山西长治人，本科，助理工程师。 道外帮煤柱以及巷道支护条件对它的影响。 研究方向：采煤。 ８ 撼蕉科技 ２０１６年第ｌ２期 增大，根据１２１５工作面的实际状况，端头区域工 作面顶板的分层厚度在５ｍ以上会在端头区域的工 作面上形成稳定的弧形三角形那么端头区域的弧三 角形悬板的结构则将越稳定。 ２．２ １２ｌ５工作面端头区小结构稳定性及大小结构 关系 根据综放工作面端头区上覆岩层的结构特征， 定义端头区小结构为端头区端头支架。该小结构的 稳定与端头区上部三角弧形板的大结构的影响有很 大关系，当弧形三角板大结构的稳定受到影响时， 传递到小结构周围，将造成小结构各部位应力状态 和量值上存在较大差异。考虑到大小结构是一个空 图１ 端头区结构示意图 间结构，其结构整体的力学特征是一个非常复杂的 问题，从巷道围岩的整体稳定性考虑，综放开采端 ２．１ １２ｌ５工作面端头区大结构稳定性分析 在１２ｌ５工作面开采端头区，定义端头区大结 构为端头区弧顶三角板。作为端头区大结构主体的 端头区端头支架是该大结构稳定的主要承载结构， 端头区大结构支护的采空区面积较大，顶板反复支 头区大结构无论是围岩本身特征，还是空间特征， 具有明显的非均衡现象；同样小结构端头区也受到 不均衡荷载作用，因此设置端头支架可以保证端头 区小结构本身的稳定。 ３端头支架的选用 （１）设置的端头支架能够安全有效地支撑起 端头区的顶板，保证做到安全性以及可靠性。 （２）设置的端头支架能够保证工作人员拥有 护，端头区支架迅速受载、下沉、变形、破断等等。 分析可以看出，顶板的最大主应力位于工作面 煤壁的中间部位及沿工作面的推移方向上的两侧煤 壁与采空区的自由边的交汇之处。所以在工作面不 断地向前移动的过程当中，首先出现破断的地方会 在顶板工作面的中间部位，紧接着出现破断的地方 则是沿工作面推移方向的两侧的固支边与采空区的 足够的工作空间，同时还需要满足工作人员的正常 行走及正常的通风条件，并且能够满足采煤机自开 缺口的要求。 自由边的交汇之处。等这两个首先出现断裂的地方 发生下沉之后应力就会发生转移，在这个时候新的 极限就会出现在一个弧形的主应力线上，从而形成 了弧形极限断裂，这样工作面端头区就形成了弧形 三角形悬板，如图２所示。 巷道 （３）设置的端头支架能够保证拥有安全可靠 的推移设备，能够保证拥有足够的推拉力。 （４）设置的端头支架能够保证足够的安全空 间，便于下顺槽棚子的回收工作。 （５）操作台必须设在安全地点，并且要求便 于操作。 根据司马矿的实际需要，最终的选取 ＺＦＧ７５００／２２／３６型端头支架。ＺＦＧ７５００／２２／３６型端头 支架结构如图３所示。 ４结论 对端头区顶板结构弧三角形悬板的稳定性进行 深入分析后，初步选取端头支架，确保了司马矿工 煤层 作面端头区的稳定性，为其他相似煤层条件的矿井 图２ 弧形三角板结构示意图 研究煤层综放开采工作面、端头区、沿空掘巷等围 岩稳定性具有重要的理论和实践意义。 如图２可以得出端头区域工作面的弧形三角形 悬板所形成的范围的大小会随着煤层厚度的增大而 ２０１６年第１２期 互瞒蕉斜技 ９ 图３ ＺＦＧ７５００／２２／３６型偏置式端头支架 【参考文献】 规律及其支护方式的探讨『Ｊ］．山东矿业学院学 报，１９９４，１３（４）；３３８—３４２． ［Ｉ］ 费旭敏．我国沿空留巷支护技术现状及存在的问 题探讨阴［Ｊ】．中国科技信息，２００８，（７）；４９—５１． ［２］ 吴有增 综放工作面端头顶板稳定原理与控制技 术研究［Ｊ］．煤，２００８（０９）；２５—２８． ［４］ 邹向荣，关智平．综采工作面端头支护技术研究 与应用的【Ｊ】．山西煤炭，２０１１（１１）；５７—５９． ［５］ 李学华，张农，侯朝炯．综采放顶煤面沿空巷道合 理位置确定阴．中国矿业大学报２０００，２９（２）；１８６－１８９． ［３］ 江光宏，尹世奎．采煤工作面端头矿压显现 （上接第６页） 钢腿，工字钢腿间距ｌｍ。 （１）根据划定的施工区域，按照从外向里， 顺着巷道方向，距离采空侧的顶板肩窝２５０ｍｍ的 位置拉线打锚杆，锚杆为 ２０×２２００ｍｍ的普通金 属螺纹锚杆，眼距１０００ｍｍ，严格按照锚杆梁的眼 距进行施工。 风镐进行剥帮，剥帮后巷道净宽４．２ｍ。 （２）从肩窝开始分段解网，分段剥帮，充分 利用原帮部的锚杆进行紧同，外露较长的锚杆截掉， 失效的锚杆重新补打。 （３）待扩刷及支护完成后，进行喷浆，喷厚 １００ｍｍ。 （２）打完顶板锚杆后，进行上锚杆梁，严格 按照一个锚杆梁为一组进行施工，锚杆梁顺着巷道 ４矿压观测及效果分析 根据防冲办提供的观测情况，在３ １】Ｏ４运输 巷窄煤柱段采用帮部桁架支护技术后，巷道两帮移 近量由原来的８００ｍｍ缩小为５００ｍｍ，尤其是窄煤 柱侧帮部移近量由５００ｍｍ减小为２００ｍｍ，效果非 常明显；同时巷道顶底板移近量也减小为２００ｍｍ， 满足了工作面安全回采的需要。 方向，间距２００ｍｍ，确保每个锚杆梁都连成一条线。 （３）上梁后，采用力矩扳手紧固锚杆托盘， 确保达到设计锚固力，然后在锚杆梁靠帮侧垂直顶 底板安装工字钢腿，工字钢腿间距ｌｍ，并用枇子 腰实。 （４）帮部距底板２００ｍｍ处施工锚杆，并用夹 板锁住工字钢腿，锚杆生根在煤层底板岩石中。 （５）待所有工字钢腿施工完成后，进行喷浆， 喷浆厚度１００ｍｍ。 ３．２．２ 采用刷帮重新支护施工区段 （１）根据划定的区域，按照从外向里，采用 实践证明，帮部桁架支护技术能有效地控制窄 煤柱侧帮部的位移量，帮部喷浆后，加强了巷道支 护强度，同时也避免了采空区有害气体的溢 ，增 加了工作面安全性，保证了丁作面的安全回采。