超前支架在孤島工作面回采巷道超前支護中的應用

杜文君

（山西汾西正升煤業有限責任公司，山西 汾陽032200）

引言

隨著礦井開采深度的加深，回采巷道受到地應力影響更為明顯[1]，特別是回采工作面為孤島工作面時，由于工作面兩側均為采空區，回采巷道在地應力、采空區側向應力以及工作面超前支承壓力等綜合作用下會出現嚴重變形[2-4]。回采巷道出現較大變形不僅會影響巷道正常通風、物料運輸等，而且后續需要投入大量的人力、物力資源進行維護[5-6]。為此，提出使用超前支架對巷道圍巖進行控制，為孤島工作面煤炭回采創造了良好條件。

1 7509工作面概況

山西某礦7509工作面開采7號煤層，為5采區最后一回采工作面，采面南側、北側以及東側均為采空區，西側為采區集中運輸巷。7509工作面地質條件較為簡單，回采范圍內7號煤層厚度平均為4.10 m，采用綜合機械化開采工藝，使用的采煤機、液壓支架型號分別為MGTY650/1640-GWD、ZY10000/28/62，回采工作面日進尺平均為3.5 m。7509工作面設計走向長790 m、斜長275 m。7號煤層頂底板巖性參數見表1所示。

表1 煤層頂底板巖性參數

7509工作面回采巷道設計斷面為梯形，巷道凈斷面積為15.83 m2，沿著7號煤層頂板掘進，采用工字鋼對棚+錨網索支護方式，其中巷道上幫、下幫棚腿長度分別為4.0 m、2.9 m，頂梁使用的工字鋼長度為4.4 m。回采巷道超前支護原采用單體液壓支架、工字鋼等組成邁步式抬棚進行支護，現場應用時在超前支護段存在圍巖變形量大、作業人員勞動強度高等問題。為此，提出采用超前支架對回采巷道進行超前支護。

2 超前支架支護應用

2.1 技術參數

在7509工作面回采巷道內采用ZQL2×5000/21/40型超前支架對巷道頂板進行超前支護，超前支架結構為一組兩架，具體超前支護支架技術參數見表2所示。

表2 超前支護支架技術參數

在7509工作面運輸巷內采用超前支架配合單液支柱、鉸接鋼梁對巷道頂板巖層進行支護。巷道超支護范圍為超前采面70 m，采用的支護設備包括有4組超前支架（型號ZQL2×5000/21/40）、共計8架。具體在運輸巷內超前支架布置情況見圖1所示。

圖1 超前支護示意圖

在7509工作面回風巷內布置雙排超前支架（型號ZQL2×5000/21/40），超前支護長度共計53 m，現場共計布置7組超前支架（共計14架）。超親支護時除采用超前液壓支架歪，在巷道兩幫位置分別在補打80根單體液壓支柱并配合鉸接鋼梁對頂板進行支撐。

2.2 應用效果

2.2.1 圍巖支護效果

1）原超前支護。在7509工作面使用原有的單體、鉸接鋼梁組合方式進行超前支護時，在超前支護段使用的工字鋼梁存在幫腿彎曲變形問題，同時巷幫存在一定程度外鼓，給巷道正常使用帶來影響[7]。在超前支護段局部位置在礦壓影響下出現木點柱損壞問題，頂板支護用的金屬網網兜問題較為突出。

2）超前支架支護。由于7509工作面為孤島工作面，巷道圍巖應力集中問題較為明顯，在采空區側向壓力作用下超前支護段巷道圍巖變形嚴重，特別是回采巷道距離采面30~50 m距離區間巷幫變形嚴重，工字鋼架棚腿外鼓變形明顯。在采面回采巷道內采用超前支架進行支護后，超前支護段巷道圍巖變形得以有效改善，具體超前支架應用前后超前支護段圍巖變形統計結果見表3所示。

表3 超前支架應用前后超前支護段圍巖變形量統計結果

2.2.2 技術及經濟效益分析

在采面使用超前支架對回采巷道進行超前支護后，超前支護段圍巖變形量控制在合理范圍內，圍巖支護強度較原來的單體+工字鋼支護強度高1.75倍。超前支架使用后可有效減低巷道圍巖變形量，巷道圍巖變形量縮小50%以上，同時可有效減低作業人員勞動強度。

7509工作面回采巷道采用原超前支護方式時巷道修復人員數量為22人，采用超前支架支護時作業人員數量降低至10人，工作人員數量減少12人，同時有效解決了孤島工作面回采巷道超前支護難題。使用的超前支架具有移架速度快優點，單次拉架時間控制在1 h以內。超前支架與采面端頭支架相互配合，在端頭位置不需要使用單體、工字鋼組成的邁步式抬棚即可實現巷道圍巖支護，提高了支護效果。

采面若使用傳統的單體+工字鋼支護方式巷道支護成本約1 180萬元，采用超前支架后支護成本約920萬元，支護成本降低達到260萬元。同時使用超前支架后可有效提高超前支護段安全保障系數。

3 結語

將超前支架應用到孤島工作面回采巷道超前支護中，可改善回采巷道超前支護段圍巖控制效果，通過增強巷道支護強度來降低超前支護段圍巖變形量。現場應用后，7509工作面回采巷道超前支護段底鼓量、頂板離層量分別控制在180 mm、25 mm以內，為采面高效回采創造了良好條件。