山东省新汶矿业集团翟镇煤矿 山东新泰 271204
摘要：以某矿3402E工作面为工程研究背景，通过超前施工“两排注浆锚索+两排锚索”新型支护方式，取消了单体支护，运用理论计算对比原巷道支护与新型超前支护的强度，得出新型超前支护为原支护强度1.2倍，并通过现场现场矿压观测，验证理论计算的可靠性，保证现场施工安全。
该研究可为大采高复合顶新型超前支护创新应用提供一定的借鉴意义。
关键词：注浆锚索；超前支护；联合布置；理论计算
1 工程背景
某矿3402E 工作面采用锚带网支护，矩形断面，净高3.2m，净宽4.2m，净断面13.44㎡，平均走向长330m,倾向长180m。工作面正常煤厚为2.5～2.81m，平均2.76m。基本顶岩性为灰白色细砂岩，厚5.5～8.9m，平均7.2m，以石英为主，钙质胶结，较硬。直接顶为灰黑色粉砂岩，厚4.5～7.4m，平均6.0m，含2～5层煤4上分层，上分层厚0.1～0.7m，是典型的复合顶板，各分层间夹矸厚度不均一，煤4上1分层距煤4间距为0.15～2.0m。煤层顶底板具体特征见表1所示。
表1 顶、底 板 岩 性 特 征 表
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根据工作面顶板的岩性及完整性，为减少巷道的破坏及整体变形，创新使用新型超前支护代替单体支护，并在现场进行了工业性试验。
2 理论分析
2.1原巷道支护
原巷道支护强度采用“锚索+锚杆+超前单体”联合支护方式，巷道的支护强度如下：
①锚杆支护强度：
T*S/m=130*3.78/5=98.28kN/㎡。
②锚索支护强度：
H＇=1.5B=1.5×4.2=6.3m
S=1/2×H＇B=0.5×6.3×4.2=13.23㎡
W=SrD排＝13.23×23×1=304.29KN；
选用高强度、低松驰、粘结式1×7钢绞线，直径17.8mm的锚索，最低破断载荷353KN。P=353KN〉W=304.29N符合要求，故选用此锚索。
单根锚索锚固力200KN根，预紧力250KN，单位面积支护强度200*2/3.78=105.82kN/㎡。
③锚杆支护强度
单体超前支护采用两排单体支护，支护断面宽4.2m，顶梁长度0.8m，单体支护面积为0.8*4.2=3.36㎡，单体支护强度90KN，单位面积单体支护强度为（90+90）/3.36=53.58KN/㎡
综上所示，原运输巷支护强度=单位面积锚杆支护强度+单位面积单体支护强度+单位面积锚索强度=98.28+53.58+105.82=257.6kN/㎡
2.2新型超前支护
运输巷超前支护采用“2+2”锚索布置，2排靠帮钢绞线锚索桁架+2排蝶形托盘注浆锚索支护，注浆锚索超前80m打设，超前50m注浆，距两帮均为1.8m，锚索排距0.95m。钢绞线锚索锚索超前50m打设，靠帮两排钢绞线锚索桁架（1.2m桁架）距帮均为1.2m。桁架“五花”字形布置，保证一排2根钢绞线锚索+2根注浆锚索布置。
①锚索支护强度设计
注浆锚索规格：Ф22mm×8300mm的注浆锚索，最大破断载荷420KN，锚固力不低于200KN；钢绞线锚索规格：Ф17.8mm×6000mm的钢绞线锚索，最大破断载荷353KN。
H＇=1.5B=1.5×4.2=6.3m
S=1/2×H＇B=0.5×6.3×4.2=13.23㎡
W=SrD排＝13.23×23×0.95=289.1KN
P注=420KN〉P钢=353KN
P=353KN〉W=289.1KN
单排钢带2根普通锚索+2根注浆锚索，每根钢绞线正常锚固力200KN计算（200*4）/3.78=211.64KN/㎡
②锚杆支护强度：
锚杆的支护强度执行原支护方式，通过上述理论计算，不再赘述，为53.58KN/㎡。
综上所述，新型超前支护强度支护强度=单位面积锚杆支护强度+单位面积锚索强度211.64+98.28=309.92kN/㎡，为原支护强度的1.2倍。
3 矿压观测
（1）表面位移观测
①顺槽内每各30m设一个“十字”测点，利用巷帮成对锚杆对两帮移近量进行观测，利用顶板锚杆垂直底板对顶底板移近量进行观测。
②距离工作面30m范围的测点每班观测一次，30m以外的范围内每天观测一次。
③观测时，利用钢卷尺测量，帮部位移采用巷帮中部测点测量，顶板下沉量、底鼓量采用巷中点上下量测，保留原始观测记录。
④巷帮、顶底板移近量大于400mm时，及时补齐超前支护或敷棚加强支护。
（2）顶板离层观测
①巷道顶板采用顶板离层仪进行观测，对浅部1.8m、深部6m岩层进行离层观测。
②距离工作面30m范围的测点每班观测一次，30m范围以外的每天观测一次。
③顶板离层超过巷道高度10%时，必须立即进行巷道加强支护或完善超前支护。
目前工作面已经成功留巷56m,通过现场观测，巷宽及巷高均未发生明显变形，这为注浆锚索新型超前支护的研究与应用创造了条件。
4 主要结论
通过采用“2+2”锚索布置新型超前支护，取消超前单体，并通过现场矿压观测，验证了理论分析的可靠性，为大采高复合顶板新型超前支护的推广应用创造条件。
（1）确保支护可靠。通过理论分析，新型超前支护的强度为原支护强度的1.2倍，提高支护强度，同时，锚索支护可有效的预防冲击地压等自然灾害，确保现场的安全施工。
（2）减少材料开支。减少工作面单体的使用，据统计，每个工作面的上下两巷可减少单体使用76棵，避免单体的损耗，在源头上控制材料的支出，符合低成本文化的大趋势。
（3）减少人工费用。新型超前支护减少了单体的随采随外挪的频次，每班可减少人工3-4人，有利于推进单班百人的实施目标，实现减人提效。
参考文献：
[1]武俊.一种新型综掘超前支护装置在工程中的实践与应用[J].西部探矿工程,2020,32(03):127-130.
[2]高松芝,卓俊勇,唐振国,李思刚.综采工作面新型超前支护工艺研究及应用[J].价值工程,2019,38(29):177-178.