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采掘工程支护方案
保存单位：
编号：
NMGXG—YHJ—2016—07
内蒙古星光煤炭集团有限责任公司一号井
采掘工程支护设计方案
编制人：
赵银龙
编制日期：
2016年7月13日
采掘工程支护设计方案
一、采煤工作面顶板控制
（一）设计
1、采用类比法进行设计：
参考本矿或邻矿同煤层矿压观测资料，选择工作面矿压参数，最大平均支护强度884.07kN/m2。
2、工作面选用液压支架工作参数见下表。
工作面条件与支架适应条件对照表
项目
工作面条件
支架适应条件
采高
2.4m
1.4～2.8m
倾角
6°—8°
0～15°
煤厚
4---4.5m
4～5m
煤硬度
2---5.8
1-6.5
底板比压
0.45--1.12MPa
1.43Mpa
顶板种类
Ⅱ（e）类
3、支护强度计算
（1）、工作面合理支护强度
工作面支架支撑冒落带顶板岩层和顶煤的重量，并平衡基本顶失稳时对支架的动载，此基础原理的计算公式为：
q＝Kd·（qM＋qd）
式中：
q——工作面支架所需支护强度，kN/m2；
Kd——基本顶失稳时的动载系数，根据邻近综放工作面矿压观测结果，取1.1；
qM——冒落带岩层自重应力，kN/m2；
qd——支架上方顶煤自重应力，kN/m2；
其中：
qM＝γ岩·hm＝22×34.4＝756.8kN/m2
qd＝γ煤·Md＝14.21×3.3＝46.9kN/m2
式中：
γ岩——顶板岩石容重，取22kN/m3；
Md——顶煤厚度，取4.44m。
1607工作面采空区冒落带高度计算按公式：
式中：
Hm——垮落带高度m；
M——累计采厚m，取最大厚度6.64m。
代入公式计算可得，垮落带最大高度为34.4m。
则：
q＝1.1×（756.8＋46.9）＝884.07kN/m2
（2）、支架支护阻力计算：
支架工作阻力：
P=q（Lk+Ld）B
式中：
P——支架工作阻力（kN）；
q——工作面支架所需支护强度，kN/m2；
Lk——梁端距，0.35m；
Ld——顶梁长度，3.85m（由选用的配套支架参数确定）；
B——支架支护宽度，1.50m。
则：
P＝884.07×（0.35+3.85）×1.5＝5570kN。
（3）、支架的支护强度：
为5600KN/m2
P＜5600
（4）、支架底板比压为1.43Mpa
工作面底板容许比压38.2MPa
（5）、支架采高
支架支护下采高为2.2m。
则Hmax＝Mmax＋0.2＝2.4m
式中：
Hmax——支架最大工作高度，m；
Mmax——最大采高，2.2m；
Hmin＝Mmin-Sz-a＝2.2-0.05-0.1＝2.05m
式中：
Hmin——支架最小工作高度；
Sz——预计顶板下沉量，取0.05m；
a——避免支架压死的撤出高度，取0.1m。
即支架的最大结构高度不小于2.40m，最小结构高度不大于2.05m。
4、支架选择：
根据以上计算结果，选用ZF5600/14/28型放顶煤液压支架，其工作阻力为5600KN，大于计算所需工作阻力5570KN，能满足采煤工作面顶板支护强度需要。
工作面两端头均采用3架ZFG5600/18/32型过渡液压支架支护。
通过以上数据对比，选用ZF5600/14/28型放顶煤液压支架，能满足采煤工作面支护强度要求。
ZF5600/14/28型支架主要技术参数如下：
名称
单位
参数
备注
支架高度
m
1.4-2.8
支架长度
m
3.85
不含前伸梁的长度
支架中心距
mm
1500
支柱直径
mm
230
支柱数量
根
4
支柱提缸力
KN
48
移架步距
mm
800
支架工作阻力
KN
5600
支架初撑力
MPa
31.5
整架重量
T
14.7
包括双体支柱4棵
泵站压力
Mpa
31.5
工作液
浓度2-3%
前伸梁行程
mm
800
（二）、基本支护
工作面采用ZF5600/14/28型放顶煤液压支架配合DZ28-25/100型单体液压支柱支护顶板。
1、工作面端头支护1607工作面上、下顺槽为运输进风顺槽和轨道回风顺槽，断面净宽为4.2m、4.0m，高度均为2.80m。
工作面配套有ZFG5600/18/32型过渡支架，运输顺槽端设过渡液压支架3架，轨道顺槽端设过渡液压支架3架，支架中心距1.50m。
2、工作面顺槽超前支护设计回采工作面顺槽超前20m加强支护，利用已有DZ28-25/100型单体液压支柱配合HDC-3000“π”型钢梁进行支护。
“π”型钢梁下支单体液压支柱，“一梁三柱”平行于回采工作面横向布置，柱、排距均为1.0m。
同时，矿井在生产中应严格执行敲帮问顶的制度，严禁空顶作业，遇破碎地段应加强支护，单体液压支柱的初撑力必须达到《煤矿安全规程》的要求，支柱钻底时，必须穿铁鞋，钻底量小于100mm，且支柱高度要与采高相符，不得超高使用。
单体液压支柱技术参数见表3-3-6。
单体液压支柱技术参数表
表3-3-6
标准型号
支撑最大高度
mm
支撑最小高度
mm
伸缩行程
mm
额定工作阻力
kN
额定工作液压
MPa
DZ28-25/100
2800
2000
800
250
31.8
初撑力kN
泵站压力MPa
油缸直径mm
底座面积cm2
无液支柱质量kg
有液支柱质量kg
18～157
15～20
100
109
70
75
（三）、特殊支护
本工作面的特殊支护有走向板棚、倾向抬棚、单体斜撑柱、贴帮柱。
1、倾向抬棚：
倾向抬棚是为了防止推倒支架所用的特殊支护，在靠近支架后柱10cm沿工作面倾斜方向支设一排，把工作面支架上下全部铰接，倾向抬棚用单体支柱配铰接顶梁，顶梁必须铰接使用，并将铰接顶梁上的销子紧实。
煤层倾角较大及俯采时，铰接顶梁支设的支柱两方向（推采及倾斜方向）上都必须有迎山角（6-8°迎山1°），底板坚硬时，支柱必须刨出3-5cm的柱窝，支柱钻底大于10cm时必须穿鞋，且要迎山有力；支柱初撑力不低于6.5MPa。
2、走向板棚：
走向板棚是当架距大，金属网下坠严重时在架间支设，顶梁采用π型顶梁，顶梁长度一般在2.4米，所用支柱不得少于两棵。
支柱初撑力不低于12MPa。
3、单体斜撑柱：
当工作面支架与顶板不平行，变形严重或煤层倾角大于15°时支设，用于护架，其初撑力不低于6.5MPa。
4、贴帮支柱：
当工作面压力增大时，煤壁片帮时支设，以防片帮伤人，其初撑力不低于6.5MPa。
（五）适用性
1、工作面正常工作时期采用基本支护和特殊支护方式。
2、特殊时期
（1）工作面初次来压安全技术措施：
①工作面初次来压前，应在上回风巷、下运输巷挂牌标明来压位置，加强来压的预测预报工作。
②加强上、下端头顶板管理，要提高支护质量，适当加大支护密度，确保端头支架联网与巷道搭接0.5m以上，防止出现端头冒顶。
③坚持正规循环作业，采面开采高度严格控制在2.4m。
④提高工作面支架的支护质量，随时注意顶、帮及煤壁的变化情况，并加强维护。
⑤严禁超宽开采，当工作面面前出现空帮、空顶时，应及时伸出前探梁，必要时用半圆料在面前下托棚进行维护，并保证一梁三柱。
⑥加强架与架间的横向联系，打好托棚和斜支柱。
⑦严格控制一次开帮距离，并及时联网探梁，必要时逐架开帮，顶板破碎时，采用镐刨钎子捣的方式控制顶板。
⑧工作面安全出口保证始终畅通，移溜子头时卸下的支柱必须及时补齐。
每班检查两巷情况，发现隐患及时处理。
⑨质量验收员每班对支柱进行量压，发现有压力显现征兆时及时采取措施。
加强泵站及液压管路维护，保证泵站压力不低于18MPa。
（2）停采前的顶板管理：
①严格工作面的支护质量，及时对支柱二次注液，端头支护、一梁三柱等特殊支护齐全有效，保证工作面支护强度。
②顶板破碎压力大时，增加支架支护密度或在支架间支设走向棚。
③面前压力大有片帮现象时，面前及时挂网或支设戴帽贴帮柱加强支护。
（3）过断层及顶板破碎时的顶板管理：
①加强顶板管理，严格执行敲帮问顶制度。
②打眼人员应根据顶板的具体情况，严格控制打眼深度、角度及装药量，应尽量减少对断层破碎带的震动，必要镐刨控制顶板。
③当面出现片帮或顶板破碎时，应及时联网维护，控制顶板，并减少一次开帮长度。
④顶板较破碎时，应先联网，用单体维护好顶板、并减少一次开帮长度。
⑤当面前出现局部冒顶时，必须用木料将顶结实，保证支柱初撑力。
⑥因断层影响，不沿底板的地段支柱钻底超过10cm必须穿鞋，确保支柱有足够的支撑力。
（4）放顶煤时期的顶板管理：
①放顶煤前后必须对支架进行注液，并达到初撑力。
②加强工作面工程质量，严禁出现调斜、立棱支架。
③放顶煤时严禁将支架后方放空，以矸石围住支架为准。
（5）应力集中区的顶板管理：
为加强应力集中区的顶板管理，巷道内掘进棚下采取打点柱的方法加强支护，工作面内加强工程质量，打好架与架之间的联锁托棚，加强支架的稳定性。
杜绝立棱，调斜支架，保证支柱初撑力。
二、巷道支护
岩巷、半煤岩巷和硐室一般采用锚喷支护。
但可根据煤层厚度、硬度、顶、底板岩性和淋水大小等情况，也可采用钢架棚支护。
1、锚喷支护设计应按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（国标50086-2001）进行。
锚喷支护设计主要用工程类比法。
只有在复杂地质条件下，对于重点工程和大跨度巷道、硐室等以及缺乏恰当类比对象时，才进行监控法设计和解析法验证。
《煤矿安全规程》规定掘进工作面严禁空顶作业，必须使用临时支护，结合我国锚网喷支护形式，可根据断面跨度确定临时支护方式，断面宽度<4000mm时挑杆不少于3条，断面宽度≥4000mm时挑杆数量应不少于4条。
对于极不稳定类型顶板还可采用打临时点柱的临时支护方式。
（1）、锚喷支护材料：
①、锚杆及锚固剂：
锚杆采用5#（A5）钢制成的等强度螺纹钢锚杆，直径18mm，长度1800mm，锚杆间排距900mm×1000mm。
每根锚杆均用2根树脂锚固剂固定，锚固长度不少于700mm，锚杆外露长度不大于30mm，托盘为方形。
树脂锚固剂直径为28mm，每块长度为500mm，锚杆均使用配套标准螺母紧固，锚固剂型号为MSZ2535，每根锚杆锚固力不小于64KN。
②、金属网采用8＃铁丝制作的菱形网，网的规格为长×宽=10000mm×1000mm，网格为长×宽=50×50mm，网要压茬连接，搭接长度不小于100mm，相邻两块网之间要用8#铁丝连接，连接点要均匀布置，间距0.1m。
③、喷射混凝土必须使用用标号不低于425#水泥，沙为纯净的河沙，石子粒径小于5mm，石子过筛，并用水冲洗干净，混凝土强度抗拉1.4MPa、抗压25MPa，配比为水泥：
沙：
石子=1：
2：
2；混凝土标号为150#。
速凝剂型号J85，掺入量一般为水泥重量的2～3.5%，喷拱时取上限，喷淋水区时，可酌情加大速凝剂掺入量，速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入，喷层厚度为200mm。
（2）、临时支护
在施工过程中，为保证人员安全，采用前探梁支护作为临时支护，前探支架由金属前探梁、金属套环组成。
前探梁由φ50mm钢管制作，长度2.5m,套环采用φ60mm钢法兰制作，长度为0.25m。
前探梁最大控顶距2m，前探梁上方用规格为：
长×宽×厚=1200×60×100mm背板、木楔等接顶背实；前探梁用套管吊挂在靠近迎头的锚杆上，共3根。
施工过程中3根前探梁形成跨步循环临时支护模式，临时支护打好之后，方可
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