沿頂掘進綜采工作面超前支護工藝改進與應用

韓毅 李運池

摘要：河南省洛陽市義安礦業11040工作面沿煤層走向布置，上巷為36U型棚斷面，按照以往支護工藝需安排專門修護隊伍替棚壓架，工序多、工藝復雜，且效率較低。為提高工效，保證現場安全，對工作面超前支護工藝改進。

關鍵詞：綜采、液壓抬棚、支護強度、頂板

111040工作面概況

11040工作面位于11采區西側，工作面標高-200.58～245.8m，平均埋深565m。走向長1131m，傾向寬204m。該工作面煤層結構簡單，煤層平均厚度5.3m，平均傾角3°，屬較穩定煤層。

2頂、底板巖性

（1）頂板巖性：11040工作面偽不發育。直接頂為深灰色砂質泥巖，平均厚度2.5m;老頂為灰色中～細粒砂巖，平均厚度7.3m。（2）底板巖性：11040工作面直接底為深灰色沙質泥巖，厚度3.8m;老底為深灰色L7灰巖，厚層狀，垂直裂隙發育，厚度5.6m，為本井田主要標志層之一[1]。

3上巷超前支護工藝優化方案

（1）現場條件：原上巷為沿頂掘進巷道（36U型棚支護，設計斷面：巷高3954mm，巷寬5672mm），回采過程中上巷需安排專門修護隊伍提前替棚壓架，支護工藝復雜、效率低。現工作面進入薄煤帶，需加快推進速度。若按原支護工藝，壓架進度1.4m/天明顯滯后，不能滿足2.5m/天的回采需要。（2）優化后的上巷超前支護：1.上巷不再進行替棚、壓架，36U型棚梁不再回撤;2.上幫36U棚腿超前上隅角2棚、煤墻側超前切眼5棚，替換為單體柱棚腿（保證36U頂梁頭高于機尾支架100mm以上）;3.原超前支護段兩路液壓抬棚，改為一路液壓抬棚（型號為：ZD2200/20/39，支護高度2m～3.9m），打在36U棚正中;4.上巷超前支護長度由20m改為30m[2]。

4經濟性、安全性對比

通過上表可以看出，使用方案二的超前支護形式，優勢明顯：

5優化后支護強度驗算

5.1超前支護段每平方米所需的支護強度：

P1=9.81hγk=9.81×2.5×2.4×3.5=206kN/㎡

P2=9.81hγk2=9.81×2.5×2.4×2=117.7kN/㎡

式中：P1—超前支護8m內合理的支護強度，kN/㎡;P2—超前支護8m外合理的支護強度，kN/㎡;h—采高，取2.5m;γ—巖石平均容重，2.4t/m3;k—工作面超前支承壓力峰值位置距煤壁4～8m，相當于2～3.5倍回采高度，超前支護8m內取3.5倍，8m外取2倍。

5.2原36U棚理論支護強度：

采用直接頂壓力計算法，巷道支護強度至少應平衡直接頂的巖重，為：

P原=hzγzfz=2.5×2400×9.81×1=58.9kN/㎡

式中：P原—巷道內基本支架的支護強度，kN/㎡;hz—直接頂分層厚度，取2.5m;γz—直接頂密度與當地自由落體加速度之積，直接頂密度取2.4t/

m3;fz—懸頂系數，一般情況下可按fz=1計算。

5.3每架36U棚的有效支護強度：

P3=P原×S×C

式中：P3—巷道每棚有效支護強度，kN;P原—原巷道支護強度，kN/㎡;S—支護面積，取梁長（3.3m×2-0.52）×0.7m=4.23㎡;C—支護有效系數，架棚巷道取0.6。

36U形棚：P3=P原×S×C=58.9×4.23×0.6=149.5kN

5.4現上巷超前支護理論每棚需增加的支護強度：

P4=P1×S-P3;P5=P2×S-P3

式中：P4——巷道超前支護8m內支護強度，kN;P5———巷道超前支護8m外支護強度，kN;4.23——每棚36U棚梁的支護面積，㎡上巷切眼向外8m內（共11棚），每棚需增加的支護強度：

P4=206×4.23-149.5=721.9kN

上巷切眼外8m—30m段（31棚），每棚需增加的支護強度：

P5=117.7×4.23-149.5=348.4kN

根據計算，超前支護需增加的總支撐力為：

11棚×721.9kN+31棚×348.4kN=18741.3kN

實際采用12架2.8m液壓抬棚（型號：ZD2200/20/39）支護，總支撐力為：12架×2200kN=26400kN。驗算結果超過理論數量，故優化后支護方案能夠滿足工作面上巷超前支護需要[3]。

參考文獻：

[1]綜放工作面液壓支架拆除技術分析與探討[J].竇瑞軍.機械管理發.2021（12）

[2]淺談綜采工作面液壓支架拆除新工藝[J].程期艷.企業技術開發.2020（07）