综采工作面支护设计

10-310综采工作面支护设计

总工程师：

安全科长：

生产科长：

地测科长：

编制：

生产技术科 2014年2月15日

10-310回采工作面支护设计

一、地质概况

煤层名称10#煤层水平名称+400m 采区名称三采区

地面标高（m）+697～+809m 井下标高

（m）

+394～+424m 埋藏深度303～385m

地面相对位置位于月节里村以东，羊反村、范南庄以南，地表为黄土梁垣地带。

回采对地面设施的影响

经进行的地表调查观测，在10-310工作面地表有一村庄（月节村）横穿于工作面。沟谷在雨季会有雨水流经，不会对回采造成大的影响。在回采过程中如发现异常变动，应及时上报矿领导，研究制定治理措施，并严格贯彻落实。

井下位置及与四邻关系井下位置：坐标X:400600-4041100 Y:19552400-195519553300 四邻关系：10-310工作面位于400轨道巷前进方向右翼,东邻10-308

掘进工作面、西邻400水平三采区回风巷开拓工作面与月节底村保安煤柱，南接400水平总回风巷，北为实体煤层。

10-310走向长

(m) 正巷：785

倾向长（m）初始230

圈定面积

（㎡）

167446.1 副巷：785

2、煤层赋存情况

本工作面10号煤层平均总厚度为 2.55 m，属于中厚煤层，10-310工作面为较复杂结构煤层。一般含1层夹矸，以泥岩、炭质泥岩为主,煤层结构为1.0（0.10）1.45。煤层倾角 2°～13°，平均煤层倾角6°。煤层厚度由正巷逐渐向副巷变厚

煤层特征情况表

项目单位指标备注

煤层厚度（最小--

最大/平均）

m 2.15-2.80/2.55

煤层倾角（最小--

最大/平均）

（°）2°-13 °/ 7°

煤层层理发育程度发育

煤层节理发育程度中等发育

煤质情况WF(%) Ag(%) VF(%) Sg(%)

Qgr％

(KJ/Kg)

煤岩类型牌号1.04 20.11 39.45 4.11 105 半亮型煤肥煤

3、煤层顶底板情况

顶底板名称岩石类别厚度m 岩性

顶板基本顶K2灰岩9.7

深灰色，块状、坚硬，裂隙中充

填方解石脉，中下部有0.4m泥岩直接顶粉砂岩 1.48

深灰-灰黑色、局部为泥岩，含云

母片及黄铁矿

底板直接底细粒砂岩0.63

灰色、石英为主，泥质胶结，具

直线型斜层理

基本底粉砂岩 3.14

深灰—灰黑色，局部为泥岩含云

母片及黄铁矿

4、地质构造情况

10-310工作面等高线显示在工作面出现两个背斜，两个向斜构造； 10-310工作面绕巷段出现两个陷落柱，两个断层。陷落柱（已绕过），断层均为在巷道掘进过程中揭露，对工作面回采会产生一些影响。

4、水文地质情况

（1）影响工作面生产的主要含水层有K2和O2灰岩溶隙含水层。

其中K2灰岩位于10#煤层上部，距10#煤层平均间距3.0m，是310工作面的直接充水水源，体现方式主要为顶板淋水。

O2灰岩位于10#煤层下部，距10#煤层平均间距36.0m，水位静标高+520m ，突水系数＜0.06，工作面属带压开采，在导水构造和底板薄弱带的情况下，有发生突水的倾向，是影响下组煤生产的主要水患威胁。因此在回采过程中应严格执行探放水规定，并保证工作面排水总能力不小于工作面最大涌水量的两倍。

（2）预计涌水量情况：该工作面水文地质条件复杂，主要受K2灰岩水影响，预计回采期间工作面正巷正常涌水量为40m3/h，最大涌水量为70m3/h；副巷正常涌水量为60m3/h，最大涌水量为90m3/h。工作面回采期间受水害威胁不大，涌水量主要为煤层顶板淋水所致，上覆松散层孔隙水，碎屑岩裂隙水通过岩石裂隙、采空冒落带裂隙、导水裂隙带裂隙下渗进入工作面。

二、两巷及工作面支护设计

1、架型选择：

①支架选型及布置

支架以液体压力为动力，完成对工作面顶板的支撑、切顶、挡矸、护帮、支架前移，以及推移工作面刮板输送机等一套动作。

支架选型应符合以下几个原则：

a.支护强度与工作面矿压相适应；

b.支架结构与煤层赋存条件相适应；

c.支护断面与通风要求相适应；

d.液压支架与采煤机、运输机等设备相匹配。

②支架支护强度的验算

结合本矿实际情况，工作面液压支架支护强度按工作面最大采高的8倍进行计算，上覆岩层所需的支护强度按下式计算：F＝8×H×R×g×S

式中：H——工作面采高，2.55m；

R——上覆岩层密度，2.3×103kg／m3；

F——计算工作阻力，kN；

则：F＝8×2.55×2.3×103×9.8×6.73＝3187kN

根据ZY4600-15/33型双柱掩护式液压支架支架说明书提供的支架工作阻力为4600KN大于8倍采高验算所需的工作阻力，所以该支架能够满足支护要求。

根据本工作面顶底板岩性和相邻工作面地质资料说明，该工作面选用ZY4600-15/33型双柱掩护式液压支架，此支架最小支撑高度1.5m，最大支撑高度3.3m，架中心间距1.5m，支架工作阻力4600KN，所需泵站压力30Mpa，移架步距600mm，最小控顶距3885mm，最大控顶距4485mm，端面距340mm，放顶步距600mm。

③按承压校核

Pc＝72.3Hm+4.5Lp+78.9Bc－10.24N－62.1

其中：Pc——额定支护强度下限，KN/m2；

Hm——工作面采高取2.55m；

Lp——基本顶周期来压步距取12m；

Bc——控顶宽度4.485 ；

N——充填系数（N＝Hi/Hm=直接顶厚度/采高=2.15/2.65=0.81m）；

则：Pc＝72.3×2.55+4.5×12+78.9×4.485－10.24×0.81－62.1

＝521.85KN/M2≈0.522Mpa

查ZY4600/15/33型双柱掩护式液压支架主要技术特征，支架支护强度为0.7Mpa，支架支护强度大于顶板使用支架所受的支护强度，故选用ZY4600-15/33型双柱掩护式液压支架满足安全生产需要。

④按底板比压验算

查《ZY4600/15/33型掩护式支架使用维护说明书》支架主要技术特征上可知，本型号支架底板比压为Pb =1.9 MPa.

地质资料显示，本工作面10#煤层底板为粉砂岩。

查中国矿业大学（北京）给霍州煤电集团有限责任公司所做的《煤巷淋涌水型破裂煤岩顶板特性和锚网锁控制研究研究报告》可知，我矿粉砂岩抗压强度σc =53.72 MPa

因此，

Pb =1.9 MPa＜53.72 MPa=σc ，

所以按底板比压验算，本支架适合本工作面使用。

因此，ZY4600/15/33型支架适合本工作面。

⑤单体柱支护强度、密度校验

动载系数也称顶板来压系数：直接顶来压期间工作面支架上的载荷平均值与未来压时平均值之比。

a.顶板未来压时，超前支护为主动支护，单体柱支撑顶煤载荷。

本工作面直接顶为粉砂岩，厚度1.48m，容重2.6吨／m3，取动载系数1 ，支护宽度4.4m，则每根单体柱受力为：

F1=（20×4.4×1.48×2.6×1×9.8）/[(20/1) ×2]=82.96千牛／根，单体柱的初撑力不低于110千牛，大于F1，能够满足要求；

（2）顶板来压时，超前支护转变为被动支护，单体柱承受直接顶载荷及老顶部分载荷。直接顶粉砂岩厚度1.48m，容重2.6吨／m3，取动载系数1；老顶K2灰岩跨落厚度3m，容重2.4吨／m3，取动载系数1，支护宽度4.4m，则每根单体柱受力为：

F2=（20×4.4×1.48×2.6×1×9.8+20×4.4×3×2.4×1×9.8）/[(20/1) ×2]=238.19千牛／根，DZ32单体柱的工作阻力为245千牛，大于F2，能够满足要求；

单体柱支护密度校验：

根据《煤矿安全规程》和《煤矿安全质量标准化标准》中的相关内容以及矿压观察数据分析所得超前支护距煤壁10m范围内打双排柱，10-20m范围内打单排柱。顶板来压明显，超前支护形式不能满足维护断面要求时，及时复查规程，采取延长超前支护长度，增加支护密度和强度，根据现场情况计算单体柱受力是否满足支护要求。

2、两巷超前及端头支护

①煤壁端头支护

工作面正、副巷端头在提前卸完锚杆、锚索后，为了有效控制顶板，需在端头进行特殊支护，支护说明如下：

正巷提前卸完两排锚杆、锚索后及时支设两排单体柱及1.2m金

属小梁，单体柱交错布置，排距0.8m，柱间距0.3m，小梁方向平行于巷道方向。当转载溜子距煤壁>0.9m时，每超0.3m加一根单体柱及1.2m金属小梁。

副巷提前卸完两排锚杆、锚索后及时支设两排单体柱及1.2m金属小梁，排距0.8m，柱间距0.3m，小梁方向平行于巷道方向。靠老山侧一排单体柱间距煤帮不得超过0.3m，每排打4根柱子，第二排打3根柱子，两排成交错布置。

②支架端头支护

机头、机尾维护方式

(1)机头、机尾端头支架距帮大于1.2m时，应根据现场情况在封口柱前方支设一对对π梁支护，每增加0.6m,必须增加一对对兀梁,对兀梁中心距为0.3m，一梁两柱或一梁三柱【采用DZ-28（25-32）型单体柱，梁规格为3200mm的π梁，梁与巷道方向平行布置】，对π梁交替迈步前移，柱距0.8m（如顶板破碎可缩短柱距），步距0.6m。所有支柱初撑力达11.5Mpa以上，必须留有0.8m以上的行人宽度。

(2)端头支护的前移，支设必须在端头支架移架完成后并达到初撑力方可进行。

(3)正、副巷安全出口：工作面往外20m范围内，高度不得低于1.8m，宽度不得低于0.8m，否则必须制定专项措施，确保安全出口符合规定。

(4)安全出口必须安设专人维护，确保安全出口范围内支护完好合格，无淤泥积水、无杂物，确保通风、行人，运输断面符合规定。

③正副巷超前支护

(1)正、副巷超前维护距离规定：正巷从工作面煤壁起向外20m

内支设两排支柱，支设后保证行人宽度不小于0.8m，另一侧距转载机挡煤板0.1-0.5m；副巷从工作面煤壁起向外20m内支设双排支柱，柱间距为0.9米，支柱一定要成一直线，超前所有支柱三用阀、注液口均朝落山方向，支柱迎山有力升紧打实。超前支护距离可根据现场巷道顶板情况适当延长。

(2)支柱必须掌握2-3°迎山角度迎山要有力，两巷顶板不平及局部漏顶处必须将顶板构平构实，要求超前支护保证做到“一穿、两拴、三齐、一达标”【一穿：即所有支柱全部穿鞋（入地超过100mm）；两拴：即拴梁、拴柱；三齐：即支柱支设整齐、电缆悬挂整齐、管线吊挂整齐；一达标：即支柱初撑力达标（11.5MPa以上）】。

(3) 巷超前的电缆、管线管理采用电缆拖挂。

(4)割煤前，预先对正、副巷距工作面煤壁5m范围内的超前支护加固，每移一次架，提前1-2个循环回掉煤壁侧的超前支护。

④正副巷封口管理

(1)封口柱采用小梁规格为1.2m的π梁配合单体支柱支护，小梁与巷道平行支设，柱间距为0.3m，基本支架与煤壁间距小于0.3m 时不进行支护，大于0.3m时，每0.3m支设一根单体柱配合1.2mm金属小梁，切顶柱与液压支架顶梁后沿打齐且所有支柱初撑力达11.5Mpa以上。

(2)回撤封口柱时，必须坚持“回一根，支一根”的原则，严禁提前回柱和同时回多根支柱。当工作面顶板破碎、顶板压力加大、倾角变化、上下隅角放顶等时，在封口柱支设的基础上，加设应山角度为60°戗柱，戗柱支设朝老山方向。

(3)回撤封口柱必须采用机械回柱，禁止人员进入落山侧回柱。

(4)回柱时，两人操作，一人操作回柱手把卸液，一人观察顶板

情况，选择安全可靠地点将拔柱器（导链）挂好。将绳钩挂在所要回的柱子手把上，操作时先在支柱三通阀上插好放液手把，然后人站在安全地点用长柄工具敲打放液手把使柱子卸液，支柱脱离顶板，当柱子卸液后及时回柱。发现异常立即停止回柱作业进行处理，险情排除后，方可继续回柱。

五、特殊支护

1、由于工作面结构复杂，在工作面过构造时，要指定专人维护两巷。工作面要备用5m3木料和10%的各种支护材料。

2、过落差小于1m的断层，采取调整支架高度和开震动炮上盘破顶下盘破底或上盘留顶三角煤下盘留底三角煤配合机组截割的方法，使工作面两盘相随，不得出现0.2m以上的台阶，否则必须在空顶的支架上用圆木或板梁构顶，然后升紧支架。

3、煤壁片帮造成端面距超0.6m时，必须超前支护，提前移架。

4、顶板破碎时调节支架平衡油缸使顶梁前端提前接顶；落山悬顶时调节支架平衡油缸使顶梁后端提前接顶。工作面过顶板破碎区域时，采煤机割过煤后，及时带压拉架。

5、若工作面顶板破碎冒落超过300mm时，必须构顶，待顶板稳定后，由安全员现场指挥，由有经验的老工人用长柄工具将冒落周围的活石、片帮等不安全隐患处理后，加固漏顶四周的支护，并经瓦检员检查许可后进行工作；构顶前备齐物料，选好退路，并架设可靠的临时工作台；构顶时一人构顶，两人备料，动作要求迅速准确。

六、工作面特殊时期的顶板控制

（一）初次来压及停采前的顶板控制

1、初采来压时，两巷超前、端头及封口柱严格按标准支设，在原有的超前支护上，距煤壁5米范围内必须采取加密支柱；封口柱除

按标准支设外，还需在靠工作面侧向切顶线处支设戗柱。在此期间单体柱的初撑力必须达标（≥90KN、11.5MPa）且不得出现卸液单体柱。

2、停采前工作面顶板管理

工作面停采前距停采线20m时要控制好采高，距离停采线9.6m 时准备铺网上绳，具体规定需制定专项措施报批执行。

（二）过断层、陷落柱及顶板破碎时的顶板控制

1、工作面过断层或陷落柱时应加强支架、机组、转载机、输送机的检修，严禁“带病”运转。

2、断层面上下两盘以上盘破顶留底煤、下盘破底留顶煤为原则，使断层面处两盘相随。工作面高度不得忽高忽低，并严格按要求将采高控制在2.55m左右。

3、采用带压移架，超前支护，追机作业。

4、相邻支架错差不大于顶梁侧护板2/3，不挤不咬不倒。保持良好的支护状态，初撑力达标（≥25Mpa）。