深井綜放工作面超前支護液壓支架應用及分析

胡少東

（晉能控股煤業集團四老溝礦綜合管理區， 山西 大同 037000）

引言

為提高煤礦的開采效率和開采安全性，礦井中也使用了各式各樣的先進技術，其中單體柱支護的支護效果逐漸跟不上開采效率。因此，開始使用其他支護方式的液壓支架來替代。液壓支架的類型一般有支撐式、掩護式、支撐掩護式、整體自移式、邁步移動式和各種支護類型[1-3]的支架，這些結構都有各自的特點。在煤礦開采中，巷道的掘進會引起較大的圍巖變形，如果支護措施沒做好，圍巖變形可能導致隧道塌方，引起安全事故，所以，一般使用超前支護液壓支架來控制圍巖變形，從而達到安全開采的目的。

1 綜放工作面概況

在巷道掘進時留下的資料顯示，某大型煤礦的綜放工作面的一個煤層地質結構極其不穩定，不同地方的煤層厚度也各不相同，其中煤層厚度最薄只是0.48m、最厚的有6.03 m，平均煤層厚度在4.62 m。該綜放工作面有上下兩巷，總共有1 601 m，煤層巷道沿底板方向掘進，寬4.1 m、高3.5 m，用于工作人員的出行以及材料運輸，該工作面之前在上下兩巷采用單體支護的方式，部分地方采用超前支護的方式，但由于開采過程巷道圍巖變形量加大[4]，不穩定，為避免出現安全隱患，對上下兩巷采用更多的超前支護的方式，保證后期開采工作正常進行。

2 超前支護液壓支架分析

2.1 支護技術的發展

早期的支護方式多以木支護為主，遠遠達不到預期的支護穩定效果，后來發展出了單體的液壓支護方式，支護的穩定程度得到大大提升，到20 世紀90 年代時，液壓支架的種類顯著增多，支護方面的性能及穩定方面也得到了巨大的提高，但國內的支護技術相比于國際來說仍處于落后的水平[5-6]。截止目前為止，我國煤礦支護技術逐漸居于世界先進水平，開發出了許多不同性能的支架類型。其中最主要的就是超前支護液壓支架技術。

超前支護液壓支架是基于一般的單體的液壓支柱進行改造，再加上鉸接頂梁技術[10]發展而來。相比于普通的單體柱支護，超前支護液壓支架在支護過程中有著顯著的優勢，具體優勢如下：

1）在支護強度上有較大改善，能適應多種壓力下的支護要求。

2）操作簡單，無須專業人員操縱，降低了人工成本的同時也減少了工人的工作強度，能解放出更多的勞動力。

3）支架的搭建十分簡單，磨損問題大大減少，降低了機器維修和更換的次數，節省了機器成本。目前使用最多的是四連桿型超前支護液壓支架。

2.2 超前支護液壓支架的組成

礦井中使用最多的四連桿型超前支護液壓支架如圖1 所示,該液壓支架一般由頂梁、掩護梁、底座、連桿、千斤頂以及其他各種輔助元件組成。

圖1 超前支護液壓支架圖

為了滿足巷道中人員出行以及運輸通行的要求,分別在左右兩邊各設計一個頂梁來組成整個超前支護支架的頂梁，兩邊的頂梁都要用千斤頂聯接,以此來保證支架的穩定性。在頂梁的里外都可以安裝可活動的側護板用來防護，依據巷道的寬度大小來調整超前支護的寬度。如果要加長對頂板的防護距離，可以在頂梁的前后位置安裝伸縮梁來延長支護長度。超前支護支架的底座設計為分體式設計[7]，巷道中的輸送裝置可以布置在兩邊的底座之間，用耳座將千斤頂與轉載機進行連接。由于底座和轉載機互相支撐，可以通過移動千斤頂來實現支架的移動。支架的四連柱結構是將斜梁在前后連桿的作用下與支架底座相連接，極大提高了支架穩定性。

2.3 設計方案

通常情況下是在工作面中放置三組一共六架超前支護液壓支架。為了防止機器觸碰到工作面兩邊的支架。所以，工作面中擺放超前支護液壓支架的方向與一般液壓支架的方向相反。采用三組支架級聯的方式連接，一組長度7.3 m，與頂板距離0.15 m，三組支架連接的總長度控制在22.2 m。支護效果方案如圖2所示。

圖2 支架設計方案圖

由于開采工作的不斷進行，工作面在不斷推進，支架也要向前移動。移動時需要先將第一組支架的前梁收回，頂梁下降高度220～450 mm，然后將支架的前后油缸移動1 700 mm 的距離，然后升高支架進行支撐，再次將前梁展開，之后的兩組重復前面的操作。移動方式如圖3 所示。

圖3 支架移動方式

3 應用效果分析

將設計方案運用后，對巷道位移量進行監測，結果如圖4 所示，隨著開采過程的進行，綜放工作面的上下兩巷的頂板位移量和兩幫位移量在逐漸增大，頂板出現下沉現象，而兩幫出現幫鼓現象。結果進一步顯示，離開采面的距離越遠，巷道表現出來的穩定性越好，越靠近工作面，巷道穩定性越差，變形效果加劇。但整體變現出來的效果優于單體柱支護。單體柱一般需要多個工序配合進行支架拆卸和移動，還存在定期檢查、油液補充、穩定性加固等問題，耗費極多的資源，采用超前支護方式極大解決了這些問題。降低了工作強度，提高了工作效率。

圖4 巷道位移量監測圖

4 結論

1）相比于傳統支護方式，超前支護液壓支架的支護效果好，支撐力較大，能夠對圍巖的變形量有較好的控制，而且能適應多種條件下的支護情況。

2）單體柱支護需要大量人員進行維護，占用許多人力資源，增加了人員工作強度，提高了物料成本。而超前支護液壓支架占用資源少，節約了人力以及材料成本，方便維修處理，提高了生產效率。

3）雖然超前支護液壓支架的優點很多，但也有一些缺點，比如關于千斤頂的使用問題，移動過程需要小心處理，不能強行推移，要保證千斤頂能正常使用。