本发明涉及煤矿井开采技术领域，特别是涉及一种回采工作面超前支护系统及方法。

背景技术：

井工开采的采煤过程中的支护一般分为两个阶段，第一阶段为挖掘巷道阶段的永久支护，第二阶段为回采阶段的超前支护。

传统支护方法中，第一阶段的支护是为了保证巷道空间的安全，不至于坍塌出现安全事故，通常采用普通锚索、锚杆、架棚等支护方式的其中一种或其混合。

第二阶段中，井工开采的采煤工作面上、下顺槽的超前支护是为了确保工作面上、下出口的畅通而采取的特殊支护。顶板未垮落前，采面压力呈悬臂式分布；垮落后呈拱形分布，无论呈何种形式的压力，均会使实体煤柱承压，如不采取超前支护有可能因压力致使煤体崩、垮堵塞上下安全出口。

在传统回采工作面超前支护系统中，回采阶段的超前支护一般采用单体液压支柱、超前支架等被动支护方式。回采期间，随着工作面的切眼推进，人员支、回单体液压支柱或操作超前支架，每班需2-3人操作，劳动强度大，一旦发生冲击地压、水害等灾害，受威胁人员较多。因此，目前使用单体液压支柱、液压支架作为回采工作面超前支护系统，虽然具有适应性广、支护强度高、安全可靠的优点，但是仍存在占用人员多、施工强度大等影响工作面安全高效生产问题。

目前采用的单体液压支柱、超前支架等反复支护顶板，加剧了对顶板完整性的破坏，使顶板下沉甚至出现顶板事故，容易存在安全隐患。因此，研究一种支护强度高、操作简单的回采工作面超前支护系统是今后采煤工作面在矿井开采中需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种回采工作面超前支护系统及方法，相比于传统的回采工作面超前支护系统及方法，超前支护强度大大提高，且造价低廉、施工方便，具有很好的经济效益。

本发明的技术方案为：

一种回采工作面超前支护系统，包括超前加固支护系统；所述超前加固支护系统包括沿巷道延伸方向设置在顶板上的两排注浆锚索及两排注浆锚索桁架；沿巷道延伸方向的相邻多根注浆锚索通过注浆锚索桁架相连。

优选地，沿巷道延伸方向的相邻两根注浆锚索通过注浆锚索桁架相连；所述注浆锚索桁架为设有两个穿孔的工字钢；所述注浆锚索桁架的两个穿孔分别穿过巷道延伸方向的相邻两根注浆锚索后固定在顶板上；两排注浆锚索桁架呈三花布置在顶板上。

优选地，第一排注浆锚索桁架距巷帮0.4m，第二排注浆锚索桁架距巷帮2.5m。

优选地，所述回采工作面超前支护系统还包括矿压观测系统；所述矿压观测系统包括矿压在线观测系统、矿压人工观测点、顶板离层仪；所述矿压在线观测系统包括钻孔应力计、顶板位移传感器、锚索应力计；所述钻孔应力计、矿压人工观测点、顶板离层仪、顶板位移传感器、锚索应力计均沿巷道延伸方向间隔设置有多个。

优选地，所述钻孔应力计设置在巷帮上；所述所述矿压人工观测点设置在顶板或巷帮上；所述顶板离层仪、顶板位移传感器及锚索应力计设置在顶板上。

优选地，相邻两个钻孔应力计间隔距离为25m；相邻两个矿压人工观测点间隔距离为25m；相邻两个锚索应力计间隔距离为25m；相邻两个顶板离层仪间隔距离为25m；顶板位移传感器设置在相邻两个顶板离层仪的中间位置。

一种回采工作面超前支护方法，沿巷道延伸方向，在顶板上设置两排注浆锚索和两排注浆锚索桁架，沿巷道延伸方向的相邻多根注浆锚索通过注浆锚索桁架相连。

优选地，沿巷道延伸方向的相邻两根注浆锚索通过注浆锚索桁架相连；所述注浆锚索桁架为设有两个穿孔的工字钢；所述注浆锚索桁架的两个穿孔分别穿过巷道延伸方向的相邻两根注浆锚索后固定在顶板上；两排注浆锚索桁架呈三花布置在顶板上。

优选地，沿巷道延伸方向分别间隔设置多个矿压在线观测点、矿压人工观测点、顶板离层仪；所述矿压在线观测系统包括钻孔应力计、顶板位移传感器、锚索应力计。

优选地，在顶板位移传感器上设置预警值；当矿压人工观测点、顶板离层仪及顶板位移传感器检测到巷帮、顶底板移近量大于400mm或顶板离层超过巷道高度10%时，启动应急预警；应急预警后，及时人工重新支设超前支护，用单体液压支柱配金属铰接顶梁，单体液压支柱支设在金属铰接顶梁下方，以支撑顶板。

本发明的有益效果为：

1. 本发明的回采工作面超前支护系统及方法，相对于传统的回采工作面超前支护系统及方法，超前支护强度大大提高，且可提高生产效率、造价低廉、施工方便，具有很好的经济效益。

2. 通过增设矿压观测系统，减少了采煤工作面生产用人数，降低了工人劳动强度，同时也降低了灾害发生时受威胁人员数量，提高了施工的安全性。

附图说明

图1是本发明的局部剖面示意图。

图2是本发明的平面示意图。

附图标记说明：1-注浆锚索、2-注浆锚索桁架、3-锚带、4-顶板、5-底板、6-巷帮、7-普通锚索、8-锚杆、9-普通锚索桁架。

具体实施例

为了更好地理解本发明，下面用具体实施例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

如图1和2所示，本实施例提供了一种回采工作面超前支护系统，包括超前加固支护系统；所述超前加固支护系统包括沿巷道延伸方向设置在顶板4上的两排注浆锚索1及两排注浆锚索桁架2；沿巷道延伸方向的相邻两根注浆锚索1通过注浆锚索桁架2相连。所述注浆锚索桁架2为设有两个穿孔的工字钢；所述注浆锚索桁架2的两个穿孔分别穿过巷道延伸方向的相邻两根注浆锚索1后固定在顶板4上；两排注浆锚索桁架2呈三花布置在顶板4上。其中，第一排注浆锚索桁架2距巷帮60.4m，第二排注浆锚索桁架2距巷帮62.5m，注浆锚索桁架2长度为1.2m。

注浆锚索1采用Φ22*6000mm中空注浆锚索，超前工作面为80米，超前50米注浆。

在挖掘巷道过程中，在巷帮6及顶板4上铺设锚带3、普通锚索7及锚杆8，以对巷道进行支护。回采过程中，在巷道顶板4上沿巷道延伸方向安装两排注浆锚索1，并将注浆锚索桁架2通过两个穿孔分别穿过相邻两根注浆锚索1后安装在顶板4上以连接相邻两根注浆锚索1，由此可以对巷道提供可靠的支护。

两排注浆锚索桁架2呈三花布置，使注浆锚索桁架2在顶板4上局部形成三角形布置，支护更加牢固，提高了支护强度。

传统的回采工作面超前支护系统中，采用两排单体液压支柱配金属铰接顶梁对巷道进行支护，支柱间距0.8米，排距1.6米，支护强度为56.25KN/㎡。

本实施例采用桁架支护形式，代替传统的超前单体液压支柱配合金属铰接顶梁支护形式，在巷道超前50m范围内设置两排注浆锚索1和注浆锚索桁架2支护，支护强度为111.11KN/㎡，即本实施例的回采工作面超前支护系统的超前支护强度为原单体液压支柱支护强度的1.97倍，超前支护强度大大提高。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：所述回采工作面超前支护系统还包括矿压观测系统；所述矿压观测系统包括矿压在线观测系统、矿压人工观测点、顶板离层仪；所述矿压在线观测系统包括钻孔应力计、顶板位移传感器、锚索应力计：

（1）钻孔应力计

在巷帮6上每25m布置一个钻孔应力计，类型为数字式，自动传输变化数据，可在地面进行分析，观测频率为实时观测。

（2）锚索应力计

每隔25m安设2个锚索应力计，监测顶板4来压情况，并设置预警值，进行实时预警，发现异常立即采取应急处理措施。

（3）顶板离层仪及顶板位移传感器

每隔25m左右布置一个顶板离层仪，并在顶板离层仪的中间增设一个顶板位移传感器，实时监测顶板4下沉及离层情况。在顶板位移传感器上设置预警值，进行实时预警，发现异常立即采取应急处理措施。

其中，顶板离层仪、顶板位移传感器及锚索应力计设置在巷道顶板4上。

（4）矿压人工观测点

每隔25m设置一个矿压人工观测点，根据工作面推进，超前工作面布置10个矿压人工观测点，进行编号管理，用木楔固定在巷道顶底板或巷帮6上。顶底板测点进行标注，量取巷道高度和宽度，根据数据变化得出顶底板移近量及两巷帮6移近量。观测频率为：超前100m的每班观测记录一次，超前200m每3天观测记录一次，超前300m每周观测记录一次。

其中，矿压人工观测点与顶板离层仪布置在一起，牌板共用一个，便于记录和观测。

应急处理措施：

现场备用单体液压支柱、铰接顶梁、木料等支护材料，数量要满足能够支设20m及以上超前支护的要求，确保应急情况下能够加强顶板4支护。

当矿压人工观测点、顶板离层仪、顶板位移传感器检测到巷帮6、顶底板移近量大于400mm或顶板4离层超过巷道高度10%时，启动应急预警。管理人员现场立即组织补齐超前支护，用单体液压支柱配金属铰接顶梁，单体液压支柱支设在金属铰接顶梁下方，以支撑顶板4。

通过顶板位移传感器配合人工观测和技术分析，检测到顶板4出现异响、漏矸等冒顶预兆时，必须将所有人员撤离，待压力稳定后，经盯班管理人员及安监员、班长检查及处理后，方准人员进入工作面工作。

巷道使用注浆锚索1替代单体液压支柱作为超前支护，三班安质员负责每班巡查巷道，顶板4出现异常情况时及时汇报，补强支护。

本发明的回采工作面超前支护系统通过注浆锚索1和注浆锚索桁架2对巷道进行超前加固支护，强度留有富余系数，然后在巷道内安设矿压观测系统，实时24小时在线监测，以确保出现异常情况时能够及时处理，在提高超前支护强度的同时，也减少了采煤工作面生产用人数，降低了工人劳动强度，且可提高生产效率、造价低廉、施工方便，具有很好的安全、经济效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。