綜采工作面下端頭特殊支護技術應用

摘要：針對綜采下端頭支護存在的問題，為適應工作面高產高效的發展要求，楊河煤業在31131綜采下端頭引進ZFT21000/18/35型端頭支架。實際生產過程證明，采用ZFT21000/18/35型端頭支架這種支護方式能夠滿足支護強度和端頭頂板下沉的要求，并對工作面端頭支護狀況進行分析，指出綜采面端頭支護存在的問題，并提出改進意見。

關鍵詞：高產高效 端頭支護 綜采工作面

1 綜采工作面概況

31131工作面用全部跨落法管理頂板，它采用偽傾斜走向長壁后退式開采，綜采放頂煤一次采全高回采工藝。31131工作面設計走向長1780m，傾斜131m，平均傾角16°，平均煤厚8.7m。

煤層頂板：老頂中、細粒砂巖厚度9.5m，淺灰色中厚層狀、中粒結構f=6；直接頂砂質泥巖厚度4.3m，深灰色，f=4～5。煤層底板：直接底泥巖厚度11.8m，灰黑色、f= 4-5。水文：以頂板淋水及底板滲水為主，正常涌水量約30m3/h，最大涌水量60m3/h。

2 端頭支護現狀

在實際生產過程中，工作面端頭指的是包含回采巷道銜接的地段與長壁工作面兩端，通常情況下，頂板控制的薄弱環節主要在回采巷道銜接的地段與長壁工作面的兩端，因為近幾年來采煤工作面開采速度及產能大幅提升，致使端頭支護的強度負荷愈來愈重。

綜采工作面下端頭及超前支護段巷道內設備集中，人員出入頻繁，受采動壓力影響大，維護困難，是影響采煤工作面生產的重要環節之一，因此，應該加強下端頭頂板支護。

目前制約工作面實現高產高效的一個重要因素是下端頭支護與工作面“三機”配套及采面快速推進等不適應。為此，楊河煤業引進ZFT21000/18/35型端頭支架。該支架經過井下試驗證明，支架架型結構合理、實用，技術參數可靠，安全系數高，與轉載機配套合理。

3 下端頭支護形式發展過程及各方式的優缺點

單體柱配合鋼梁支護→移輕型組合梁端頭支護→ZFT21000/18/35端頭液壓支架端頭支護。

3.1 工作面下端頭采用單體柱配合鋼梁支護方式（如圖1所示）

超前支護由煤壁外替棚，采用4.0m×3.0m（梁×腿），直徑不低于180mm的坑木，棚距與原棚距相同，替棚超前煤壁5-10m，跟隨工作面的推進，煤壁側使用2.8m的單體柱，讓單體柱配合π型鋼梁交替邁步前移。該范圍內要求巷高不低于1.8m，有0.7m寬的人行道，若巷道壓力大，巷道變形嚴重，必須制定專項措施超前進行擴巷并按規定打設超前支護抬棚。

這種支護的優點是其形式靈活，架設、移除迅速，適應性強。但是這種端頭支護方式存在以下幾處缺點：該支護方式單體柱垂直頂板支設，不能有效抵抗側向壓力，支護效果差，也沒有整體性，不能有效承受端頭支承壓力。要是遇到較為松軟的底板，單支柱無法保證足夠的初撐力，可能會發生鉆底現象。工作面推進過程中，需人工實現鋼梁的邁步前移，費時費力，工人勞動強度大，使用人員多，支護控制頂板能力差。

分析過去生產作業實際效果，得出的結論是以前那種支護方式不能夠滿足端頭支護強度的需要，支護作業在操作過程中工序繁雜，也增加了工人的勞動強度，除此之外，傳統的支護方式支護性能單一，整體支護效果較差，也是不容我們忽視的。

3.2 自移輕型組合梁端頭支護方式（如圖2所示）

該支護是我礦在綜合分析懸移支架及邁步π型鋼的支護特點，經反復論證、調研，并充分考慮我礦“三軟”煤層條件而研制的。它就是以轉載機母體為基礎進行的設計，它隨轉載機的移動也能靈活移動，通過這種方式能夠實現大幅度降低工人勞動強度的目標。

自移托梁的前移方法：因為這種自移托梁是樹立在轉載機槽子上，自移托梁的底部是與轉載機槽子相結合的，所以我們在移動自移托梁時，只要將自移托梁的立柱慢慢落下使頂板與其托梁分離，在牽動轉載機緩慢前移的時候，自移托梁也能夠隨之移動。當移動到符合位置的時候，我們再將操作液壓手把每根立柱升起，使其托梁接頂保持足夠的初撐力，這就可以了。

通過31071綜采工作面下端頭的現場實踐我們發現其有這樣的優勢：同一直線上設計的油缸，這樣可以使頂梁受力方向一致；通過使用斜撐連接上下兩幫的頂梁，保證了頂梁的整體性；這支護方式實現了端頭支護的自由移動，不僅提高了自動化和機械化程度，還降低了工人的勞動強度。

不可否認這種支架同時也存在弊端：該支架的整體靈活程度不佳，要是遇到嚴重的斷層、工作面受重壓時，工作面端頭作業條件變壞，支架很有可能會出現左右傾倒、被壓死、難以牽動的事故；因為此裝置立柱是由懸移支架立柱改裝而成，工作阻力4000kN，相對于綜采工作面支架的6000kN的工作阻力較小，并且下端頭為壓力重疊區，更應該加大支架的工作阻力。

通過對工作面現場的實際應用效果的分析，該支護方式雖然實現了端頭支護的機械化和自動化，但同樣不能有效地控制頂板，尤其是在于轉載機配合過程中，易造成相互影響，不利于工作面正常的作業循環。

3.3 ZFT21000/18/35端頭液壓支架端頭支護情況

在梳理各類端頭支護一般問題的基礎上，按照先后順序采用單體柱配合鋼梁、自移輕型組合梁等端頭支護方式的經驗，對大型端頭支架的可行性進行了研究。為此，楊河煤業引進了這種端頭支架——ZFT21000/18/35型。

從31131工作面現場作業實際情況分析，ZFT21000/18/35是行業內最先進的支護方式之一，完全符合“技術先進、經濟合理”的要求。端頭支架經過井下試驗證明，架型結構合理、實用，技術參數可靠，支護強度高，但此端頭支架重量大，體積大，支架靈活性差，在遇到工作面初次來壓和周期來壓時，支架拉移困難。

3.3.1 選用ZFT21000/18/35型端頭支架1組，端頭液壓支架主要技術參數如表1：

端頭支架采用上、下兩架邁步前移式，支架后部為四連桿機構，轉載機設兩臺支架中間，支架與轉載機位置設置為中置式，端頭支架底座前端設置Φ230mm的移架千斤頂，用于實現與轉載機的配合和拉移。

3.3.2 端頭支架的安裝要求

下副巷端頭支架安裝時，36#U型棚支護下寬約為5.4m，高度為3.4m。在安裝前，將巷道中線拉好。并將下副巷清理，整平底板，加固好棚梁，順序是先安裝支架的底座，再安裝其頂梁。安裝時候：要使支架底座和頂梁平直，按照先下幫后上幫的順序進行安裝。

3.3.3 端頭支架、超前支護支架在使用過程中遇到的問題及相應的解決方案。

①在回采作業過程中，采空區、工作面可能都會有頂板水流向入下副巷，導致下副巷底板積水。下副巷底板地質結構為泥巖，浸水易使其松軟，這會增加支架的拉移難度。支架的初撐力也受到影響。

處理水患的方法我們可以讓出水直接引到超前支護支架的外段，以使減小底板受浸泡的時間，可以用工作面出水點向下5m處使用編織袋裝煤將水圍住，使用潛水泵將水排到上副巷水溝；或者在工作面鋪設一趟6吋水管將水裝入管路排入下副巷水溝；對于采空區側水患，采取的方法是將端頭架尾梁擋矸板拆除，便于人員在支架尾梁后面支設木垛，為采空區側水預留空間，便于底板水順利流入下副巷水管。

②由于下副巷為U型棚支護，前期使用端頭支架時采用不替換U型鋼的方式。這種端頭支架由兩架一組構成，并排安裝在巷道中線兩側，它能同時拉移，這樣當支架初撐力加大時，支架頂梁會沿著U型棚弧度往上滑動以致傾斜。

如何避免端頭支架調斜：一是在端頭支架底座邁步時，收縮立柱抬底時用單體柱將已偏離中線位置的支架底座抵回中線位，保證端頭支架沿巷道中線拉移。二是在拉移支架時，確保使用防倒千斤頂，將端頭支架的兩側頂梁嚴格限制在巷道中線位置。

③回采時間不斷加長，巷道的壓力會增大，可能會發生比較嚴重的變形。

下副巷替棚支護需提前進行。先將端頭架頂梁上弧形箱體去掉，下副巷的U型棚替換成4.4×3m木棚支護，以確保裝載機上沿距頂板不低于2m。

4 結論

該端頭液壓支架應用實際作業后，在一定程度上提高了工作面端頭的支護現狀，支護的整體效果得到提高。這種支護結構改變了傳統端頭支護形式，簡化了端頭支護生產作業工序，提高了工作面的安全系數和生產效率。

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作者簡介：霍鑫鑫（1984-），男，河南中牟人，助理工程師，學士，2009年畢業于河南理工大學安全工程專業，現從事煤礦開采技術管理工作。