掘進巷道擋矸護頂可移動式支架設計應用

郝 瑩

（山西宏宇誠鑄建設工程有限公司，山西 朔州 038300）

1 概 述

麻家梁礦一采區可采煤層為山西組4#煤層，煤層平均厚度為3.5m，屬于石炭系煤層，井田內煤層成東西走向，煤層內夾雜兩層平均厚度為0.6m矸石，煤層不穩定并伴隨著群斷層發育。14105運巷位于一盤區東翼，巷道東西方向布置，巷道設計長度為1370m，為矩形斷面，巷道斷面規格為寬×高=4.2×3.5m，14105運巷由山西宏宇誠鑄建設工程有限公司礦建工程隊從+665m輔助運輸巷開口施工并沿4#煤層底板平行掘進，施工巷道頂板無偽頂，直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為4.8m，巖石普氏系數f=3.5，受巷道開挖過程中“三應力”（圍巖應力、采動壓力、構造應力）影響，該巖石層會出現破碎、冒頂現象；基本頂主要以粗粉砂巖為主，平均厚度為8.4m。

根據麻家梁礦地測科提供資料顯示，14105運巷掘進至450～504m段共揭露4條正斷層（F5、F6、F7、F8），斷層平均落差為1.2m，斷層平均傾角為55°，受斷層群影響施工巷道掘進至450m處頂板開始出現局部破碎現象，隨著巷道不斷開拓延伸，巷道掘進至472m頂板出現大面積破碎且伴隨著局部冒頂現象，傳統的錨（索）網支護效果差且支護失效嚴重，威脅著施工巷道安全高效施工。對此，山西宏宇誠鑄建設工程有限公司礦建工程隊通過技術研究，設計了一套擋矸護頂可移動式新型支架，并在14105運巷470～504m段進行應用。

2 擋矸護頂可移動式新型支架結構及工作原理

2.1 支架組成部分

（1）擋矸護頂可移動式新型支架主要由支架腿、頂梁、護幫板、護頂板、移動滑道、液壓桿、加固連接桿，小型乳化液泵、操作控制臺等部分組成，如圖1所示。

（2）由于14105運巷為矩形斷面，巷道中使用的擋矸護頂可移動式支架設計為矩形，支架腿高度為2.5m，支架腿主要由高強度錳鋼制成。

（3）棚腿內安裝雙向液壓支撐桿，液壓桿最大拉伸長度為2.0m，雙向液壓桿上端與頂梁連接，通過乳化液作用可升起或下降頂梁，雙向液壓桿下端與固定液壓支撐桿連接，通過乳化液將彈簧壓縮打開固定液壓支撐桿，從而對支架起到支撐穩定作用。

（4）每根棚腿左右各安裝四個護幫板，護幫板主要由厚度為10mm鋼板制成，每塊護幫板規格為長×寬=0.7×0.5m，相鄰兩護幫板之間采用固定連接桿連接。

圖1 掘進工作面擋矸護頂可移動式新型支架

（5）支架護頂部主要由護頂板、頂板液壓支撐桿以及頂梁等部分組成，頂梁左右各安裝三塊護頂板，護頂板主要由厚度為10mm鋼板制成，每塊護頂板規格為長×寬=1.0×1.2m，每塊護頂板通過頂板液壓支撐桿與棚腿連接。

（6）各個支架底部安裝三個滑輪并卡扣在滑道內，每節滑道長度為2.0m，滑道與滑道間采用卡槽對接，滑道內每隔0.5m安裝一個手動擋矸，如圖1所示。

（7）相鄰兩支架底部采用行走雙向液壓桿進行連接，該液壓桿主要作用是通過乳化液可拉伸或收縮相鄰兩支架距離，最大拉伸距離可達2.5m，從而達到支架移動的目的。

（8）操作控制臺一端通過乳化液管與支架內各個液壓桿進行連接，另一端與小型乳化液泵相連，整個支架升降、護頂、移動等動作主要由高壓乳化液進行控制。

2.2 工作原理

（1）首先安裝支架滑道，滑道安裝在巷道兩幫底板處，在安裝滑道前應將底板浮煤清理干凈，必要時對底板進行起底、澆筑、整平，確保滑道安裝后平整，10m范圍內滑道坡度變化不得超過±3°。

（2）待滑道安裝后將支架腿與滑道對接安裝，并將固定液壓支撐桿、雙向液壓支撐桿乳化液管與操作控制臺連接，棚腿安裝后及時打開乳化液泵使固定液壓支撐桿打開使之固定。

（3）支架腿安裝后將支架護頂部與其對接安裝，當第一架支架安裝后開始安裝第二架支架，兩支架安裝工藝相同，依次類推直至所有支架安裝完成，2106巷斷層群破碎區域共計安裝支架20架。

（4）所有支架安裝后相鄰兩架支架之間采用行走雙向液壓桿進行連接，安裝后將所有液壓桿乳化液管與操作控制臺進行連接并通液。

（5）第一架支架固定不動，從外向里移動第二架支架，第二架支架在行走雙向液壓桿作用下移動2.0m后停止移動并固定，第二架固定后開始移動第三架支架，移動距離為2.0m，第三架支架移動到位并固定后移動第四架支架，依次類推直至所有支架移動到位。

（6）所有支架移動到位后通過操作控制臺控制雙向液壓支撐桿依次升起支架護頂部，支撐壓力不得低于15MPa，支架護頂部升起后利用頂板液壓支撐桿依次升起護頂板并使之接頂。

（7）支架護頂板打開后采用人工手動依次打開各個支架護幫板，整個支架是利用操作平臺進行控制操作的，操作平臺具有液晶顯示器及報警指示燈，當支架出現不接頂、移動以及倒架時液晶顯示器能夠直觀地顯示出支架序號并報警。

（8）綜采工作面形成后回采過破碎區域且支架逐漸被甩入采空區時，可通過操作控制臺依次移動支架進行回收，回收支架時從里向外且施工人員站在支架控制區域內。

3 擋矸護頂可移動式新型支架應用效果分析

擋矸護頂可移動式新型支架在14105運巷斷層破碎帶處應用3個月后，通過觀察發現，該支架主要具有以下優點：

（1）成本費用低，便于維護。擋矸護頂可移動式新型支架操作簡單，結構原理簡單便于檢修維護，成本費用低，每架支架生產成本費用僅為5000元，與傳統注漿、架棚支護相比14105運巷可節約支護成本費用達30萬元。

（2）支護效果好。與傳統人工架棚、人工假頂以及單一錨（索）網支護相比，該支架支護效果最好，利用液壓作用使支架支撐力得到設計值并保持不變，同時利用護頂板、護幫板可有效遏制頂板冒落、煤壁片幫現象，該支架應用后通過對14105運巷破碎帶頂板觀察發現，頂板未出現下沉、變形現象，有效提高了頂板穩定性。

（3）適用性強。擋矸護頂可移動式新型支架不僅可在掘進巷道中應用，而且可在無煤柱回采工作面中應用，適用性強，該支架可回收進行二次利用。

（4）勞動強度低。支架安裝后在操作過程中只需2～3人即可完成，與傳統架棚支護相比大大降低了勞動強度，節約了勞動成本費用。

（5）通過在14105運巷應用中觀察發現擋矸護頂可移動式新型支架還存在一些不足，主要表現在以下幾方面：支架護幫板重量大，人工操作相對困難；支架在移動時滑倒經常出現傾斜、移位等現象；當安裝支架數量超過15架時乳化液泵泵站壓力出現不足現象；當頂板壓力加大時支架護頂板液壓桿出現泄壓現象等。

4 結語

山西宏宇誠鑄建設工程有限公司礦建工程隊對一采區14105運巷斷層群破碎區域采用擋矸護頂可移動式新型支架進行維護后，不僅有效遏制頂板冒頂、破碎、離層等現象，提高了施工巷道頂板穩定性，而且比傳統的人工假頂、架棚支護效果好，操作簡單，勞動強度低，取得了顯著應用效果。