單元式超前支架在綜放工作面巷道支護中的應用

解洪梨， 孔 政， 孔 飛

（山東裕隆礦業(yè)集團有限公司唐陽煤礦， 山東 汶上 272508）

0 引言

隨開采深度增加，巷道承受壓力越來越大，回采工作面兩順槽受采動影響，所承受的壓力也逐步增大。為增大支護強度及解決邁步式超前支架對頂板反復支撐問題，唐陽煤礦引進使用單元式超前支架[1-3]，在使用過程中取得了良好的效果。

1 工作面概況

431 綜放工作面是唐陽煤礦四采區(qū)第一個綜放工作面，位于黃店斷層及黃店-2 斷層東北部，DF4 斷層西北部，工作面北部為礦井邊界保護煤柱。地表為農(nóng)田，無其他建筑物，無常年地表水。431 綜放工作面回采后，將引起地表下沉。本工作面設計開采煤層為3 層煤，賦存穩(wěn)定，全區(qū)可采，煤層厚度為5.5～6.2 m，平均為6 m，普氏硬度系數(shù)f=2～3。煤層傾角為5～20°，平均為14°，煤層總體走向為6°～56°，傾向為96°～146°。

2 軌道順槽支護

1）工作面軌道順槽沿煤層底板掘進長為1 030 m，上下凈寬為3 800 mm，凈高為3 000 mm。

2）永久支護：頂、幫部均采用Φ22 mm×2 200 mm細牙等強螺紋鋼式樹脂錨桿支護，錨桿矩形排列，間排距為800 mm×800 mm。錨索支護采用Φ21.8 mm的多層絲預應力鋼絞線，沿巷道方向橫向布置，每組2 根，間排距為2 000 mm×1 600 mm。

3）超前支護：在永久支護的基礎上使用兩排單元式超前支架（以下簡稱：超前支架），超前支架平行巷道布置，排距為2.5 m±0.1 m，相鄰兩架超前支架間距為4.0 m±0.1 m，支護距離為120 m。

3 超前支架安裝

3.1 超前支架的運輸

1）啟動單軌吊車（型號：DC120Y），將起重鏈條松開，使用40 t 鏈條與超前支架立柱千斤頂固定架連接，將超前支架吊起。

2）啟動單軌吊車，行車時使用六組驅動輪，行車速度均勻，不超過0.8 m/s。

3）超前支架運輸?shù)桨惭b位置位后開始卸車。卸車時，利用3 t 倒鏈對超前支架牢固生根（倒鏈一端掛在頂板的錨桿上，另一端纏繞在超前支架立柱上），防止超前支架傾倒。

3.2 超前支架初次安裝

1）使用3 t 倒鏈（不少于2 個）或千斤頂（單體液壓支柱），將待安裝超前支架拖移到位。

2）檢查并完善各部件，確認無問題后聯(lián)接供液管路，將支架緩慢升起（斜巷升超前支架時，使用不小于3 t 的倒鏈將超前支架牢固生根，倒鏈一端掛在頂板上，另一端纏繞在支架立柱上），頂板不平時要及時用木料接頂，保證初撐力不低于15 MPa。

3）重復上述操作，繼續(xù)安裝超前支架。

3.3 生產(chǎn)過程中外移超前支架

1）使用不小于3 t 的倒鏈將超前支架牢固生根，倒鏈一端掛在頂板上，另一端纏繞在支架立柱上。

2）移架時先移靠近上幫一側的超前支架，再移靠近下幫一側的超前支架。具體移架順序：降架→外移→調(diào)正→升架。每次外移超前支架后，立即對原超前支架支護空間打設帶帽點柱進行支護。每架打設3組，間距為0.8 m，排距為1 m±0.1 m。

3）超前支架操作工對超前支架緩慢卸液，直至超前支架高度達到最低。

4）通過倒鏈或千斤頂收縮將待移超前支架拉至單軌吊軌道下方，使用單軌吊將超前支架吊起、外移。

5）外移超前支架過程中可以使用單體液壓支柱對超前支架進行調(diào)整，調(diào)整時，單體液壓支柱柱頭要頂在支架底座牢靠位置，并使用好木墊板，防止滑動。單體支柱供液時，采取遠距離供液，人員躲到超前支架傾倒區(qū)域以外。

3.4 生產(chǎn)過程中安裝超前支架

1）當超前支架外移至安裝位置時，單軌吊司機緩慢放下超前支架，超前支架操作工利用倒鏈或千斤頂與超前支架連接向兩幫拉移超前支架。

2）解除單軌吊起吊鉤，操作工緩慢操作將超前支架升起，直至超前支架達到初撐力。

3）巷道超高時，可在超前支架頂梁上按“#”字型打設木垛進行接頂。順巷道方向使用2.0 m 木料，垂直巷道方向使用3 根2.0 m 木料。木垛上下各層的接觸點必須保持在一條直線上并垂直水平線，打木垛要嚴格按鉛垂方向打設，防止木垛在打設過程中歪倒。木料之間要采用平面接觸，不準使用腐爛、破損的木料。施工過程中人員可站在加工的馬凳或腳手架上進行施工。

4 超前支架防倒防滑

4.1 調(diào)整超前支架過程中的防倒防滑

超前支架安裝及生產(chǎn)過程中需要局部調(diào)整超前支架時，由熟悉超前支架的專職人員操作。

1）安裝供液管路，使用遠距離供液，使待調(diào)整的超前支架脫離頂板（不大于300 mm）。

2）向內(nèi)側調(diào)整超前支架底座時，使用拉后溜千斤頂（或5 t 倒鏈），一端掛在對面超前支架底座上，另一端纏繞在待調(diào)整超前支架底座上，通過千斤頂收縮向巷道中部拉移超前支架。向兩幫調(diào)整超前支架時，使用單體液壓支柱（一端固定在另一側超前支架上，另一端固定在待調(diào)整超前支架底座上）向兩幫蹬移超前支架。使用超前支架作為生根點調(diào)節(jié)超前支架時，班組長必須安排專人檢查起生根作用的超前支架初撐力，發(fā)現(xiàn)超前支架達不到初撐力時，必須進行二次注液，待超前支架達到初撐力后，方可進行施工。

3）將超前支架升起，達到初撐力（15 MPa）。

4.2 外移超前支架過程中的防倒防滑

當工作面推進至超前支架位置，需要外移超前支架時，班組長統(tǒng)一指揮，由熟悉超前支架、熟悉單軌吊車的專職人員操作。

1）使用2 臺不小于5 t 的倒鏈將超前支架可靠生根，倒鏈一端掛在相鄰超前支架頂梁上或頂板完好的錨桿上（吊掛倒鏈時，將頂板完好的2 個錨桿使用40 t 鏈條進行聯(lián)接），另一端與超前支架頂梁兩端的銷軸連接。

2）安裝超前支架供液管路，采取遠距離操作對超前支架緩慢卸液。同時，松倒鏈，直至超前支架高度達到最低。松倒鏈時，施工人員必須站在超前支架的上山方向進行操作。

3）使用3 t 倒鏈（倒鏈一端掛在另一幫的超前支架底座或幫部最底面的錨桿上，另一端纏繞在待超前支架底座的起吊環(huán)上）將待移超前支架拉至單軌吊軌道下方，將超前支架吊起、外移。

4.3 安裝超前支架過程中的防倒防滑

首先，將待安裝超前支架位置頂板順平，當超前支架運輸?shù)轿缓螅墒煜こ爸Ъ艿膶Ｂ毴藛T負責將超前支架按要求升起。

使用2 臺3 t 倒鏈與超前支架頂梁端頭的銷軸聯(lián)接（倒鏈的吊掛點一個位于頂板上，另一個位于巷幫，吊掛倒鏈時，將頂板巷幫最上面完好的2 個錨桿用40 t 鏈條進行聯(lián)接），防止超前支架傾倒或下滑。

接供液管路，將超前支架緩慢升起，在升超前支架的過程中，及時將2 臺3 t 倒鏈鏈條背緊，直至超前支架全部升起。在升架過程中，施工人員必須站在超前支架的上山方向進行操作。

超前支架升起后，使用1 根40 t 鏈條、2 個聯(lián)接環(huán)將前后兩個超前支架聯(lián)接，用于超前支架間的相互連鎖。

5 超前支護質(zhì)量標準

1）超前支架其偏差不得超過±100 mm。

2）超前支架及端頭架應支到實底，并做到迎山有力，初撐力不小于15 MPa。

3）超前范圍內(nèi)的支撐高度不得低于1.8 m，超前支架嚴禁超高使用，活柱行程不得小于200 mm，最大高度應小于支柱設計最大高度200 mm。

4）超前支架前后頂梁水平內(nèi)前后起伏不大于15°，左右高差不大于300 mm，頂板不平時，必須使用木料墊平，確保頂梁平整與頂板接觸。

5）超前支護段要確保工作面安全出口暢通，人行道寬度不小于0.8 m，高度不小于1.8 m。

6 支護材料及支護密度

軌道順槽使用兩排ZQ2900/18/40 型超前支架進行支護。超前支架平行巷道布置，排距為2.5 m±0.1 m，相鄰兩架超前支架間距為4 m±0.1 m。

支護強度計算：

式中：F1為單個超前支架上覆煤、巖層壓力，kN；S1為單個超前支架支護面積，取3.8×4/2=7.6 m2；H1為頂煤厚度，取3.6 m；ρ1為煤層密度，1.34×1 000 kg/m3；H2為直接頂厚度，0.78 m；ρ2為直接頂密度，3×1 000 kg/m3；2 900 kN≥534 kN，符合要求。

7 超前支架使用過程中安全技術措施

1）操作超前支架前，施工人員必須對巷道頂板有無漏矸、撕網(wǎng)等情況進行檢查。檢查超前支架管路是否破損露鋼絲、擠壓、漏液和竄液等現(xiàn)象，管路接頭連接是否緊固。檢查超前支架頂梁、千斤頂、立柱和底座等是否開焊、斷裂或變形，聯(lián)接是否脫落，螺釘是否松動、壓卡或扭歪等。

2）降架或升架過程中，操作人員采取遠距離操作（操作距離不小于5 m）。斜巷操作時，操作人員必須在超前支架上山方向進行操作（供液距離不小于5 m），躲開超前支架歪倒所波及的范圍。操作時緩慢操作，并注意操作過程中有無高壓膠管擠壓現(xiàn)象。

3）操作過程中，施工人員不少于2 人，其中一人操作，另一人注意觀察，發(fā)現(xiàn)有倒架或下滑的現(xiàn)象時，立即停止操作并采取措施進行處理。除施工人員外，任何人不得在施工地點停留或行走。

4）降架前，班組長必須指派專人觀察施工地點5 m范圍內(nèi)頂板及巷道支護情況，確認巷道支護強度符合要求后，再降超前支架。

5）降架（升架）前，必須使用手拉葫蘆將超前支架固定牢固，防止超前支架歪倒或下滑。

6）人員摘（掛）手拉葫蘆時可站在馬凳上施工，登高超過1.5 m 時，必須系安全帶，安全帶牢固掛在施工人員斜上方頂部錨桿吊環(huán)上。

7）移架前，要將支架降到最低高度，在運輸過程中要時刻觀察超前支架運輸情況，防止超前支架運輸過程中碰撞管線、閥組或電纜。

8）向兩幫（中間）移動超前支架前，必須將底板左右順平，防止超前支架移動過程中受阻傾倒。

8 超前支架使用過程中的優(yōu)點

1）支護強度大，支護效果好。超前支架相比于單體柱配合鉸接頂梁支護形式，不僅支護強度高，而且操作簡便，效率較高。

2）超前支架在回采工作面順槽靠兩幫布置，不影響其他設備正常運行，不干擾其他采煤工序的推進。

3）減輕了工人的勞動強度，超前支架的移動、安裝，由2 人操作即可完成。

9 結論

1）在超前支護方面，實現(xiàn)安全可靠、減輕人工勞動、解決了邁步式支架對頂板反復支撐破壞的問題。

2）在技術先進性方面，從邁步式超前支架向單元式超前支架轉變，超前支架挪移迅速、支撐及時。

3）單元式超前支架代替了傳統(tǒng)的單體液壓支柱和鉸接頂梁、Ⅱ型鋼梁等超前支護方式，提高了回采作業(yè)的機械化程度，有利于礦井減員增效。

4）支架前移采用單軌吊起吊前移，移動快速穩(wěn)定，突破了工作面快速推進的瓶頸，促進礦井實現(xiàn)高產(chǎn)、高效發(fā)展。