煤礦綜采工作面超前支護技術研究

邵林林，黃 昕，孫 斌

（河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦二礦，河南 禹州 461670）

引言

在煤礦開采過程中，要想實現安全生產，離不開超前支護技術的支持。現代超前支護技術的使用，可從超前支護承應力規律展開分析，著重解決支護中的各項難題。同時也應當及時更新設備，提高機械化與自動化水平，最終實現高產。但在生產過程中也要注意安全事故的發生，要采取切實可行的預防策略，避免影響作業人員的人身安全。

1 超前支護新方法研究

采煤工作面主要連接著回風巷與運輸巷，承擔著運輸煤炭與物料、行人通行、通風等任務，位置控頂面積大。作業過程中工作量受到超前支撐壓力的影響，使得頂板可能會出現下沉現象，又由于機械設備體積較大，在移動安裝設備時，需要對其進行支柱與撤柱，從而間接影響了頂板，使其更加破碎。在多項因素的影響下，導致綜采工作面的上下出口極易發生冒頂事故，因此務必要落實安全管理，采取超前支護技術。應用超前支護的主要目的是：保護工作面上下出口的暢通性，是一項常見的支護方法。如果頂板未垮落，分布形式主要以懸臂式分布為主；如果頂板垮落，壓力分布形式主要為拱形[1]。無論是受到哪種壓力形式，都是由煤柱承擔壓力。如果在選擇支護方式時，不選用超前支護，則很容易受到壓力因素的影響，而引發煤體崩塌，堵塞安全出口，給作業人員造成生命安全威脅。因此務必須要結合實際情況，選擇超前支護方式落實支護，將安全事故的發生遏制在搖籃之中，有效避免因支護不當帶來的損失。

2 超前支護支架結構狀況

部分超前支護支架需要設置拉架錨固點，但是在斷面較大的巷道中，是難以確定拉架錨固點的。如果在開采過程中出現軟煤層，則會導致其頂板過于不穩定，甚至在施工過程中會導致頂板發生脫落。在選擇超前支護設備時，如果選擇單體液壓支柱作為主要設備，很容易引發多項問題，暴露施工缺點，比如支護強度難以滿足頂板礦壓的需求，則會導致位于工作面出口位置的頂板出現下沉，嚴重會引發頂板脫落等問題，對現場作業人員的生命安全造成嚴重威脅。如果支護方式以人力支護為主，不僅會導致現場工作人員施工強度加大，如果出現人工操作失誤時，也會導致設備損壞，給企業帶來損失。

3 綜采工作面超前支護的重要意義

采取超前支護主要的目的是：避免因超前支承壓力、傾斜方向支承壓力所引發的巷道變形、破壞等問題。在綜采工作面開展超前支護，能夠保障上下出口的暢通性。當前煤炭資源的開采大多數采用機械化、自動化的設備，雖然不需要提高開采效率，但在開采過程中所產生的壓力也較大，如果不采取科學有效的支護方法，則會影響開采效率，也會對綜采工作面的安全性產生影響，帶來嚴重的安全事故與風險，給煤炭開采工作埋下隱患。因此要積極采取超前支護方式，盡全力降低煤礦開采的潛在安全風險。

煤炭開采過程中綜采工作面的進回風巷是其重要出口，此出口的作用在于運輸物料、行人通行等等。在進行采煤掘進時，在壓力的作用下，關鍵連接部位的控頂面積會發生重新分布現象，這主要是由于巷道支護撐力較小，很容易導致控頂出現下沉或者破壞問題，如何支護壓力過大，頂板會大幅下沉，給開采作業帶來嚴重的不良影響[2]。而在移動大體積設備時，也會對頂板產生影響，造成破碎問題，因此就要采取超前支護方式，避免出現冒頂事故，加強對巷道的管理。

4 超前支互承應力分布規律

在推進工作面開采過程中，需要采出煤體，這時上覆圍巖的支承力則會逐漸流失，在采空區上部的圍巖應力也會逐漸轉移到周圍巖體上。如果在工作面前的煤巖體受到破壞，強度、支承應力則會隨之降低，并逐漸朝著深處轉移，直至達到平衡狀態。隨著施工作業的逐步推進，超前支承壓力也會發生移動，對超前支承壓力產生的主要影響因素，包括煤層厚度、煤層厚度、內層側壓系數和煤層埋藏深度等等。在完成掘進作業后，在工作面的上下順槽圍巖應力會重新分布，在支護的支持下，能夠使其保持相對穩定。隨著煤層開采作業的逐步推進，超前支承壓力會打破巷道的平衡，尤其是如果工作面周期來壓，礦壓的變化則會更加明顯且劇烈，在煤層上的覆巖層也會出現深度垮落，這時頂板就會出現向下移動，使其承受壓力明顯增大，煤壁會發生片幫，導致底鼓嚴重，圍巖發生嚴重變形，給現場作業人員造成嚴重的生命安全威脅。

5 超前支護技術實行方案

5.1 合理選擇超前支護技術方案

為了實現在工作面的安全回采，就要按照具體安全規范，在工作面上下順槽20 m范圍內落實超前支護。當前常見的超前支護技術包括超前液壓支架、木支柱以及單體液壓支柱。通過對比可以發現不同支護方式起著不同的作用。超前液壓支架能夠實現上下順槽始終緊密接觸，避免在作業過程中對頂板進行反復支撐，所帶來的支撐面積更大，強度高，能夠防止上下順槽出現離層現象，而在移架過程中可選擇鄰架操作，使得作業人員的生命安全得到保障[3]。木支架是過去常用的支護手段，但是此類的支護難以達到強度標準，很容易發生損壞問題，甚至屬于一次性支護，浪費生產資金，如果頂板壓力過大，也將難以滿足實際支護要求，隨著自動化水平與機械化水平的提高，木支架逐漸被取代。單體液壓支柱是較為常見的超前支護手段，適用性更強。但是單體液壓支柱的強度稍低，在壓力的影響下，很容易導致頂板下沉，發生鉆底問題，難以直接回收，而且單體液壓質量差距較大，離不開人工支持，導致工作人員工作強度加大，使得支護效率與支護速度難以保障，開發成本不斷上升，且無法保障現場施工的安全性。

5.2 合理選擇超前支護參數

確定好支護強度能夠巷道頂板起到必要的支護作用，結合超前液壓支架的支撐力與支護系統，能夠對上下順槽產生必要的頂板支護力，避免頂板過早離層問題的發生。而在選擇超前支護參數時，也要結合現場綜采工作面的實際情況展開調研，并根據理論計算，選擇合理的支護設備與操作方式，避免支護參數選擇不合理，給綜采操作面造成嚴重影響。

5.3 生產中的注意事項

在工作面回采過程中，要想充分發揮出超前液壓支架對支護工作面上下順槽所產生的支護作用，就應當在具體操作過程中注意各個事項。首先在鄰架操作階段，需要對頂板的安全狀況進行全面檢查，需要對頂板的活石進行處理，并對超前液壓支架的前移雜物進行清理，而后才可開展移架。其次，要加強對上下順槽頂板的管理，如果上下順槽頂板出現破碎，則需要臨時支護超液壓支架巷道的中間與兩邊，在確定周圍環境安全無誤后，在可進行移架操作，尤其是對于斷裂構造，更要完成支護。采煤機應當與工作面端頭之間保持15 m距離，而后才可移架，在移動前，務必要停轉轉載機，關閉電氣閉鎖[4]。

6 自移式超前支護支架組

6.1 超前支護支架組架構

綜采工作面超前支護技術的支架組由兩個以上液壓支架單元構成。液壓支架單元由頂梁、液壓立柱、前后連桿以及底座構成，在前后液壓支架之間，需要利用抽屜滑梁機對其上部進行連接，利用推拉千斤頂對其下部進行連接。抽屜滑梁機在作業過程中，需要導向梁與前液壓支架的頂梁。在導向梁中，伸縮導向桿能夠滑動主要與推拉千斤頂所產生的推拉作用相關。

6.2 工作流程

綜采工作面在回采過程中，單體液壓支柱能夠被超前支護支架所替代，同時也能夠增強頂梁的安全性，實現有序管理頂板，以此避免發生頂板脫落的問題。首先，需要分離開前液壓支架的頂梁與頂板。在工作過程中，通過對推拉千斤頂的調節，使得前液壓支架單元能夠逐步向前移動。其次，逐步升級前液壓支架，使得頂梁能夠對頂板產生支撐，隨后分離開液壓支架單元頂梁與頂板，此時也需要對推拉前進行逐步調節，使得后液壓支架單元能夠逐步向前推動，并升起后液壓支架單元，使得頂板能夠受到頂梁的支撐。在推拉的支持下，綜采工作面的支護支架組能夠起到良好的支護功能。

6.3 液壓系統

在支護巷道的頂板中常用液壓支架，是對頂板所產生的支撐力，主要來源于支柱活塞內的液體靜壓。支架對頂板所產生的支撐力，來源于液控單向閥封閉的立體活塞腔內液體動力，支架具有可縮性特點[5]。

6.4 應用前景

綜采工作面可采取的超前支護方式較為靈活，空間的安排十分合理，更適用于狹小的運輸巷道空間，能夠有效解決因設備密集造成設備干涉的問題。超前支護支架組的液壓支架單元可賦予頂梁側面讓壓功能，可適應頂板及其壓力，而在測物量單元下方安裝著吊裝裝置，更利于開展檢修作業，因此超前支護支架組的應用前景十分廣泛。

7 綜采工作面超前支護的安全事故與預防措施

7.1 超前支護不力，煤層發生垮落

在實際開采過程中，可能會存在煤層塌陷或者滑落等問題的影響，如果不及時加強管理，則會對現場作業人員產生巨大威脅，影響其生命健康。為了避免此種問題的發生，在實際開展超前支護技術時，既要綜合考慮現場的實際施工情況，對頂板與煤體加強管理，并對周圍環境的安全性能進行綜合評估，如果出現突發性頂板垮落的問題，則要采取科學有效的措施對其加以治理，實現對現場施工安全的維護，保障現場作業人員的生命安全。首先，應針對性加強對綜采工作面巷道支護的管理，使得頂板穩定性得到有效控制。其次，加強斷層頂板的管理，尤其是在運行采煤機過程中，更要注重采煤機與支架之間的配合度，使得空頂時間能夠得到有效縮短，并實現一步到位，避免反復升降對頂板造成破壞。

7.2 統一工作形式，確保支護合理

在綜采工作面上開展安裝與運行作業時，首先需要確保施工現場的安全，并實現人、機、物的統一。相關工作人員務必要對周圍的地質地貌進行全面勘察，尤其是對開采區域更要加強管理，綜合考慮多項影響因素，制定科學可行的生產計劃，推動礦產作業的有序進行。這也就表明除了要保障綜采工作面頂板的安全性能以外，也要加強監督與管理，確保工作人員出口的安全，通常同時也要綜合考慮選擇安全系數最高的工作場地，確保綜采工作面上的安全性與穩定性，為開采作業做好充足準備。

7.3 結合實際情況，合理篩選支架

在綜采工作面頂板支護與管理中，支架是其關鍵工具，需要結合工作面的實際情況，確保支架的合理選擇，同時在設計安裝過程中，要結合實際情況保證現場施工安全。首先，要對中心距離匹配支架進行篩選，在選擇單體液壓支柱時要確保其長度恰當，使得支架中心距離更加合理。其次，要控制好液壓支架兩側距離，確保現場開采作業的安全性與穩定性。在具體對液壓支架進行篩選時，需要嚴格結合現場的實際施工情況、施工標準選擇最佳支架，從而增強其支護強度，降低安全風險，推動開采作業的安全、有序進行。

8 結語

在綜采工作面應用超前支護技術，能夠有效保障支撐強度，提高工作質量與工作效率，同時也能夠對現場作業人員的人身安全起到保護作用，保障煤礦企業的穩定發展。而在應用超前支護技術時，也要綜合考慮現場施工情況，結合具體地質條件、地壓情況，確定相應系數與開采方案，并加強對支護材料的檢修與維護，確保支護安全，提高開采效率。