綜采工作面托頂煤順槽超前支護技術研究

呂東輝 李現樸

（河南能源化工集團禹州棗園煤業有限公司，河南 禹州 461670）

超前支護段的巷道是采煤工作面重要的安全出口，傳統的綜采工作面端頭及超前支護大多采用單體柱配π型鋼梁支護，存在著勞動強度大、所需單體柱及π型鋼梁多、支護強度低、維護成本高、煤機等待時間長等諸多問題。為此，研究和改進綜采工作面超前支護狀況，是提高綜采工作面安全程度的重要途徑。在22071順拉綜采工作面中部順槽超前支護中，采用錨網索+端頭及順槽超前液壓支架聯合支護技術，取得了良好的支護效果。

1 工程概況

棗園煤業是禹州礦區云蓋山井田的一部分，主采二1煤層。22071中部順槽為22071順拉綜采工作面的中間巷，該巷將22071綜采工作面分為上下兩段，擔負著采面上段運煤、進風、敷設管（線）路、輔助運輸等任務并兼做采面安全出口。該巷沿二1煤層底板掘進，二1煤層硬度系數0.11～0.37，煤層厚度0.1～9.5m。二1煤層偽頂為炭質泥巖,直接頂為中粒砂巖,基本頂為細粒砂巖；偽底為炭質泥巖，直接底為炭質泥巖及泥巖。中部順槽采用36U型鋼棚支護，設計斷面形狀為半圓拱形，凈寬4m，凈高3.1m，凈斷面10.9m2。原超前支護采用單體柱配π型鋼梁架棚替換原U型鋼棚的方式，巷道變形極其嚴重，支護段斷面已不足7m2。為此，在中部順槽超前段試用錨網索+端頭及順槽超前液壓支架聯合支護方式。

2 聯合支護技術

2.1 端頭及順槽超前液壓支架

端頭及順槽超前液壓支架結構是支架穩定性的關鍵，研發了適合順槽支護的端頭及超前液壓支架，兩種架型均采用四連桿結構，兩架一組。超前液壓支架與端頭支架采用底座推移千斤頂連接，以適應頂板起伏的需求，并采用雙伸縮立柱以加大對巷道高度的適應能力。

（1）端頭液壓支架。型號為ZT12800/17.5/35，支架高度1.75～3.5m，初撐力10464kN，工作阻力12800kN。采用中置式設計，中部順槽轉載機布置在兩架底座中間。頂梁和底座均采用前后鉸接式，以適應頂板起伏變化，架與架之間采用底座推移千斤頂連接，行程700mm，適應采面推采步距600mm的需求。

（2） 超 前 液 壓 支 架。 型 號 為ZQ256000/17.5/35，支架高度1.75～3.5m，初撐力1308kN，工作阻力25600kN。頂梁采用前后鉸接式結構，以適應頂板起伏變化。架與架之間采用底座推移千斤頂連接，頂部采用中間伸縮梁連接，該架型主要由金屬結構件、液壓元件、導桿、銷軸等幾部分組成。主體結構件有前頂梁、中頂梁、后頂梁、斜梁、前后連桿、左右底座，防護裝置主要有側板、中間梁、中間伸縮梁、前梁一、前梁二、后伸縮梁等，液壓系統主要有立柱、各種千斤頂、液壓控制元件（換向閥、液控單向閥、安全閥等）、液壓輔助元件（膠管、彎頭、接頭等）。

2.2 支護形式及參數

（1）端頭及順槽超前液壓支架布置方式

22071綜采工作面為順拉分運工作面，上下兩段交替推采，22071中部順槽安設型號為SZZ-630/90轉載機配型號為SSJ-800/2×75的膠帶輸送機擔負著采面上段的運輸任務。

端頭及順槽超前液壓支架分別布置在轉載機兩側，轉載機上側為非行人側，轉載機下側為行人側。非行人側在滿足支護要求及檢修距離情況下，盡可能縮小跨度以減少垂直應力的影響，故非行人側超前液壓支架的上側護板暫不使用，僅使用下側護板；行人側超前液壓支架需滿足行人的需要，故兩側護板正常使用。

（2）端頭及順槽超前液壓支架支護距離

結合中部順槽礦壓顯現規律及設備布置距離，端頭及順槽超前液壓支架支護距離應超前于轉載機機頭。因中部順槽轉載機長度為27m，據此，22071中部順槽超前支護段從切頂線向外依次布置3組端頭支架、4組超前液壓支架，合計長度36.975m，滿足了超前支護距離的要求。

（3）錨索

根據中部順槽超前支護段托頂煤厚度，確定頂部錨索長度，保證錨索能穿過頂部煤層，錨入穩定砂巖中，且不得小于4m。錨索直徑18.9mm，頂部采用錨索梁配金屬網、塑編網支護，金屬網規格為2000mm×700mm，網格規格為60mm×60mm，塑編網規格為2000mm×700mm。頂部錨索梁采用廢舊的工字鋼加工而成，一梁兩索，交錯布置。為避免拉移支架破壞錨索，影響支護強度，錨索眼間距應大于超前支架的最大支護寬度。上側超前支架的最大支護寬度為1.33m，故頂板上側錨索梁的錨索眼間距為1.7m，錨索梁長度為2.1m；下側超前支架的最大支護寬度為1.83m，故頂板下側錨索梁的錨索眼間距為2.1m，錨索梁長度為2.6m；兩根錨索梁交錯距離為0.2m。為防止幫鼓變形，幫部根據需要，在距底板1.4m處打設錨索梁加強支護，錨索梁長度2.6m，錨索眼間距1.8m，一梁兩索，錨索規格Φ18.9mm×4000mm，錨索預緊力不小于23MPa。

（4）錨桿

為便于采煤機截割，綜合考慮成本、礦壓顯現規律及支護周期（不超過1個半月），確定采用全螺紋玻璃鋼錨桿配金屬網支護幫部。金屬網規格為2000mm×700mm，網格規格為60mm×60mm；玻璃鋼錨桿采用Φ16mm×2000mm，每根錨桿配2支MSK2335型錨固劑，錨桿扭矩不小于40N·m，錨桿間排距為700mm×600mm。在幫部增加鋼帶支護，錨桿打設在鋼帶規定眼距內，鋼帶采用M型鋼帶，長度2.4m。

支護斷面示意圖如圖1所示。

圖1 支護斷面示意圖

3 施工工藝

（1）先用單體柱配π型鋼梁架棚替換22071中部順槽超前支護段的U型鋼棚支護，擴大斷面，破除原巷的圍巖松動圈，棚距與錨索梁排距一致均為600mm。架棚時，先采用單體柱配π型鋼梁、金屬網、塑編網支護頂部，一梁四柱，再刷幫至設計規格，最后打設玻璃鋼錨桿支護幫部。

（2）在頂部π型鋼梁棚距內打設錨索梁支護頂板。為便于平行作業且能保證支護強度，錨索梁支護滯后迎頭1～2棚。

（3）支護循環。錨網索支護超前于超前液壓支架支護距離過長時，造成錨網索支護等待時間長，不利于頂板管理，過短則無法平行作業。綜合考慮后，確定錨網索支護超前于超前液壓支架的1.2～3m。

4 礦壓觀測結論

對中部順槽端頭及超前液壓支架立柱的柱壓進行了觀測，記錄了初撐力、工作阻力及峰值壓力，繪制支架立柱峰值壓力變化曲線，如圖2所示。

從圖中可以看出：端頭1架柱壓高，說明該架支承壓力大，這是由于采面上下段因煤層傾角的影響，造成推采不同步，產生錯矩，無法直線性的切斷中部順槽頂板，致使該處形成應力集中區。超前1架與超前3架柱壓增大，其余支架柱壓較低，說明超前液壓支架受采動影響，壓力峰值集中在超前1架與超前3架后，壓力逐漸降低。

圖2 支架立柱峰值壓力變化曲線

結果表明，22071中部順槽超前支護段采用端頭及超前液壓支架后，完全能滿足頂板支護需求。