超前液壓支架在上下順槽的應用

于貴龍

（河北冀中能源股份有限公司 段王煤業集團，山西 壽陽045400）

1 工程概況

段王煤礦090504工作面采用走向長壁一次采全高綜合機械化采煤法，走向長度1576m，煤層平均厚度4.6m，工作面長度160m，采用MG500／1130－AWD型雙滾筒采煤機采煤，液壓支架型號為ZY4800／25／50。工作面上下順槽沿煤層頂板布置，規格：4500mm×3000mm，采用錨桿（索）鉛絲網加鋼帶聯合支護。為保證安全、提高生產效率、減少員工的勞動強度，決定在上下順槽安裝超前支護液壓支架組，替代原單體液壓支柱加鉸接頂梁超前支護及密集支護維護頂板。上下順槽頂底板巖性見表1。

2 巷道破壞原因分析

上下順槽作為服務工作面的巷道，隨著工作面的開采，逐漸報廢。上下順槽作為直接服務于工作面的巷道，服務時間較短，一般在0.5～1.5a，斷面一般為梯形或矩形，沿煤層頂板布置，服務期間要受到掘進、回采等多種生產工藝的影響〔1〕。工作面上下端頭作為上下順槽比較特殊的一部分，受采動的影響要進行超前支護，超前支護段和上下端頭從開掘到報廢主要經過兩個階段：1）巷道形成階段；2）受采動影響階段。

1）上下順槽未布置時，巖體處于原始應力平衡狀態。在布置上下順槽的過程中，隨著巷道的開挖，圍巖應力重新分布，圍巖遭到了破壞。運用錨網索聯合支護技術進行及時支護，提供的支護阻力不能阻止破裂區的發生，可以遏制減小破裂區的范圍，能夠達到有效支護巷道的目的。在現場實踐中，對巷道進行及時支護且支護方式合理，可以形成一個相對穩定的支護結構，有利于維護巷道的穩定。

2）隨著工作面的開采，采場的應力將發生變化。煤層進行開采后，工作面前方的煤巖體由原來的3向受力狀態轉化為2向受力狀態或單向受力狀態，工作面端頭出現應力集中，煤巖體遭到破壞，強度相應降低，集中應力逐漸向煤體深處轉移，實現三向受力平衡。采動支承應力特別是超前支承應力變化規律不但與工作面埋深、基本頂厚度以及直接頂厚度和硬度等因素有關，而且隨著工作面的推進呈動態變化。

隨著采煤工作面向前推進，超前支承壓力以應力波的形式不斷向前傳播，工作面前方將始終存在高應力區〔2〕。工作面端頭區域處在此范圍內，屬于高應力變化區。受采動影響，巷道圍巖應力再次重新分布，原有的平衡狀態將被打破。支護形式對端頭圍巖的穩定性具有一定影響，但超前支撐應力影響比較大，需要進行二次支護，支護質量的好壞影響采煤工作的順利進行。

3 支護方案的選擇

3.1 支護方式的選擇

為了保證工作面上下端頭的有效支護及確保安全出口的暢通，根據巷道斷面及頂板壓力情況確定支護參數，進行超前支護，主要有兩種支護方式。

（1）單體液壓支柱支護。在煤層采動過程中，單體液壓支柱配合梁體進行超前支護的不足之處逐漸表現出來，支護強度低，支護速度慢，勞動強度大，投入成本高，安全性差，工序復雜，需要人工多，容易引發事故。

（2）采用超前液壓支架進行支護。該支護方式既提高了頂板支護強度，又減輕了工人勞動強度，移動方便，減少了超前支護影響時間，有很好的推廣應用價值。

通過對現場情況分析，經過對兩種支護形式的比較，此次軌道巷的超前支護采用液壓支架進行支護。

3.2 超前支架的選擇

超前支護液壓支架是液壓支架中的一種特殊支架。該支架的出現為巷道超前支護提供了機械化程度較高且安全可靠的一種全新的支護方式。

（1）支架型號：ZH3200／25／45型。

（2）支架由金屬結構件，液壓元件兩大部分組成。金屬結構件有：頂梁、側護板、上連桿、前后連桿、底座、伸縮梁等。液壓元件：立柱、千斤頂、操縱閥、單向鎖、安全閥等。

（3）主要技術特征：

（a）立柱：8根雙伸縮，缸徑（一級／二級）Φ230／Φ180，工作阻力1600kN，行程2000mm。

中南大學針對鎢鉬礦共伴生磷灰石的特點，提出硫磷混酸協同分解鎢礦及高效提鎢的方法，不僅提高鎢資源的綜合回收率，同時實現廢水全部回收，及有害鎢渣的零排放[23]。

（b）推移千斤頂2根，缸徑／活塞桿徑 Φ160／Φ105，推力／拉力633／359kN，行程850mm。

3.3 超前支護的影響因素

為了讓超前支架更好的發揮它的支護作用，達到安全生產的需要，主要從以下幾方面進行考慮：

（1）超前支護強度合理。段王礦工作面上下順槽多沿頂板布置，掘進過程中主要采用錨網索聯合支護，局部裂隙破碎區進行加強支護，頂板相對穩定，因此確定支架對上下順槽頂板的超前支護以“護”為主。支架初撐支護強度不宜過高，與原有支護共同作用能夠防止頂板下位巖層過早離層破碎即可；當超前支承應力來臨時，加大支撐強度。

（2）超前支護范圍的確定。如果超前支護范圍過大，超前支架在向前移架的過程中，會增加巷道頂板的支撐次數，容易破壞頂板的完整性，不利于頂板管理；工作面頂板相對穩定，超前支護長度應合理設置，主要是控制上下順槽超前壓力影響段的頂板。

（3）工作面通風的影響。超前支護支架的工作位置處在工作面通風進口處，因此盡可能降低超前支架的阻風面積，保持工作面的通風順暢至關重要。

（4）對操作人員的要求。操作人員業務水平的高低是影響支護效果的關鍵，必須進行技術培訓，熟練掌握操作維護技術。支架采用液壓控制系統，應盡量做到帶壓移動支架，避免頂梁對頂板的反復支撐破壞。

4 工程實踐

4.1 支架方案

圖1 超前支架布置示意

4.2 工作原理及注意事項

在工作過程中，支架處于支撐狀態，向前推進時，第一架支架降架，通過推移油缸伸出將第一架推出，升架，完成第一架的推移，接著降后架，收推移油缸將后架拉前一個步距，升架完成后架的前移工序〔3〕。通過前后兩支架的相互協調完成推進工作。

為了工作的順利進行，要注意以下幾點：

（1）采用帶壓移架的方式，受采動影響比較大時，應適當降低支架并迅速移架。

（2）在移架過程中如果出現支架歪斜要立即停止操作，調整上下拉撐千斤頂保持支架與頂板、底板垂直。

4.3 支護效果及經濟效益

采用超前支護液壓支架進行支護，支護效果良好且產生了較大的經濟效益。

（1）超前液壓支架操作簡便，有效的減少了上下端口的維護工作，有利于實現煤炭開采的高產高效。

（2）超前液壓支架支護效果良好，工作空間安全性好，能夠有效阻止頂板事故的發生。

（3）減少了每班超前支護作業人數，由原來的4人作業減少為2人作業，且工人勞動強度大大降低，工時利用率顯著提高。

（4）合理的支護形式為綜采工作面向前推進提供了技術保證，實現了降本增效。

5 結語

1）上下順槽形成過程中的有效支護，對超前支護和端頭支護具有一定的影響，要使上下順槽形成一個相對穩定的支護結構。

2）超前支護液壓支架對頂底板的適應性強，穩定性好，實現了超前支護機械化，合理的支護方式與支護強度能顯著提高巷道圍巖的穩定性，有效地保護巷道的穩定性。

3）超前支架保證了綜采工作面上下端頭的通暢，超前支護段頂板得到了有效控制，實現了工作面的高產高效，提高了煤礦經濟效益。

〔1〕楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討〔J〕.煤炭學報，2010，35（11）：1842－1853.

〔2〕王國舉.跨采動壓巷道支護技術及應用研究〔D〕.湘潭：湖南科技大學，2014.