超前液壓支架在上下順槽的應(yīng)用

于貴龍

（河北冀中能源股份有限公司 段王煤業(yè)集團(tuán)，山西 壽陽045400）

1 工程概況

段王煤礦090504工作面采用走向長壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，走向長度1576m，煤層平均厚度4.6m，工作面長度160m，采用MG500／1130－AWD型雙滾筒采煤機(jī)采煤，液壓支架型號為ZY4800／25／50。工作面上下順槽沿煤層頂板布置，規(guī)格：4500mm×3000mm，采用錨桿（索）鉛絲網(wǎng)加鋼帶聯(lián)合支護(hù)。為保證安全、提高生產(chǎn)效率、減少員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，決定在上下順槽安裝超前支護(hù)液壓支架組，替代原單體液壓支柱加鉸接頂梁超前支護(hù)及密集支護(hù)維護(hù)頂板。上下順槽頂?shù)装鍘r性見表1。

2 巷道破壞原因分析

上下順槽作為服務(wù)工作面的巷道，隨著工作面的開采，逐漸報(bào)廢。上下順槽作為直接服務(wù)于工作面的巷道，服務(wù)時(shí)間較短，一般在0.5～1.5a，斷面一般為梯形或矩形，沿煤層頂板布置，服務(wù)期間要受到掘進(jìn)、回采等多種生產(chǎn)工藝的影響〔1〕。工作面上下端頭作為上下順槽比較特殊的一部分，受采動(dòng)的影響要進(jìn)行超前支護(hù)，超前支護(hù)段和上下端頭從開掘到報(bào)廢主要經(jīng)過兩個(gè)階段：1）巷道形成階段；2）受采動(dòng)影響階段。

1）上下順槽未布置時(shí)，巖體處于原始應(yīng)力平衡狀態(tài)。在布置上下順槽的過程中，隨著巷道的開挖，圍巖應(yīng)力重新分布，圍巖遭到了破壞。運(yùn)用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，提供的支護(hù)阻力不能阻止破裂區(qū)的發(fā)生，可以遏制減小破裂區(qū)的范圍，能夠達(dá)到有效支護(hù)巷道的目的。在現(xiàn)場實(shí)踐中，對巷道進(jìn)行及時(shí)支護(hù)且支護(hù)方式合理，可以形成一個(gè)相對穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于維護(hù)巷道的穩(wěn)定。

2）隨著工作面的開采，采場的應(yīng)力將發(fā)生變化。煤層進(jìn)行開采后，工作面前方的煤巖體由原來的3向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為2向受力狀態(tài)或單向受力狀態(tài)，工作面端頭出現(xiàn)應(yīng)力集中，煤巖體遭到破壞，強(qiáng)度相應(yīng)降低，集中應(yīng)力逐漸向煤體深處轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)三向受力平衡。采動(dòng)支承應(yīng)力特別是超前支承應(yīng)力變化規(guī)律不但與工作面埋深、基本頂厚度以及直接頂厚度和硬度等因素有關(guān)，而且隨著工作面的推進(jìn)呈動(dòng)態(tài)變化。

隨著采煤工作面向前推進(jìn)，超前支承壓力以應(yīng)力波的形式不斷向前傳播，工作面前方將始終存在高應(yīng)力區(qū)〔2〕。工作面端頭區(qū)域處在此范圍內(nèi)，屬于高應(yīng)力變化區(qū)。受采動(dòng)影響，巷道圍巖應(yīng)力再次重新分布，原有的平衡狀態(tài)將被打破。支護(hù)形式對端頭圍巖的穩(wěn)定性具有一定影響，但超前支撐應(yīng)力影響比較大，需要進(jìn)行二次支護(hù)，支護(hù)質(zhì)量的好壞影響采煤工作的順利進(jìn)行。

3 支護(hù)方案的選擇

3.1 支護(hù)方式的選擇

為了保證工作面上下端頭的有效支護(hù)及確保安全出口的暢通，根據(jù)巷道斷面及頂板壓力情況確定支護(hù)參數(shù)，進(jìn)行超前支護(hù)，主要有兩種支護(hù)方式。

（1）單體液壓支柱支護(hù)。在煤層采動(dòng)過程中，單體液壓支柱配合梁體進(jìn)行超前支護(hù)的不足之處逐漸表現(xiàn)出來，支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，投入成本高，安全性差，工序復(fù)雜，需要人工多，容易引發(fā)事故。

（2）采用超前液壓支架進(jìn)行支護(hù)。該支護(hù)方式既提高了頂板支護(hù)強(qiáng)度，又減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，移動(dòng)方便，減少了超前支護(hù)影響時(shí)間，有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

通過對現(xiàn)場情況分析，經(jīng)過對兩種支護(hù)形式的比較，此次軌道巷的超前支護(hù)采用液壓支架進(jìn)行支護(hù)。

3.2 超前支架的選擇

超前支護(hù)液壓支架是液壓支架中的一種特殊支架。該支架的出現(xiàn)為巷道超前支護(hù)提供了機(jī)械化程度較高且安全可靠的一種全新的支護(hù)方式。

（1）支架型號：ZH3200／25／45型。

（2）支架由金屬結(jié)構(gòu)件，液壓元件兩大部分組成。金屬結(jié)構(gòu)件有：頂梁、側(cè)護(hù)板、上連桿、前后連桿、底座、伸縮梁等。液壓元件：立柱、千斤頂、操縱閥、單向鎖、安全閥等。

（3）主要技術(shù)特征：

（a）立柱：8根雙伸縮，缸徑（一級／二級）Φ230／Φ180，工作阻力1600kN，行程2000mm。

中南大學(xué)針對鎢鉬礦共伴生磷灰石的特點(diǎn)，提出硫磷混酸協(xié)同分解鎢礦及高效提鎢的方法，不僅提高鎢資源的綜合回收率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢水全部回收，及有害鎢渣的零排放[23]。

（b）推移千斤頂2根，缸徑／活塞桿徑 Φ160／Φ105，推力／拉力633／359kN，行程850mm。

3.3 超前支護(hù)的影響因素

為了讓超前支架更好的發(fā)揮它的支護(hù)作用，達(dá)到安全生產(chǎn)的需要，主要從以下幾方面進(jìn)行考慮：

（1）超前支護(hù)強(qiáng)度合理。段王礦工作面上下順槽多沿頂板布置，掘進(jìn)過程中主要采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，局部裂隙破碎區(qū)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，頂板相對穩(wěn)定，因此確定支架對上下順槽頂板的超前支護(hù)以“護(hù)”為主。支架初撐支護(hù)強(qiáng)度不宜過高，與原有支護(hù)共同作用能夠防止頂板下位巖層過早離層破碎即可；當(dāng)超前支承應(yīng)力來臨時(shí)，加大支撐強(qiáng)度。

（2）超前支護(hù)范圍的確定。如果超前支護(hù)范圍過大，超前支架在向前移架的過程中，會增加巷道頂板的支撐次數(shù)，容易破壞頂板的完整性，不利于頂板管理；工作面頂板相對穩(wěn)定，超前支護(hù)長度應(yīng)合理設(shè)置，主要是控制上下順槽超前壓力影響段的頂板。

（3）工作面通風(fēng)的影響。超前支護(hù)支架的工作位置處在工作面通風(fēng)進(jìn)口處，因此盡可能降低超前支架的阻風(fēng)面積，保持工作面的通風(fēng)順暢至關(guān)重要。

（4）對操作人員的要求。操作人員業(yè)務(wù)水平的高低是影響支護(hù)效果的關(guān)鍵，必須進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，熟練掌握操作維護(hù)技術(shù)。支架采用液壓控制系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到帶壓移動(dòng)支架，避免頂梁對頂板的反復(fù)支撐破壞。

4 工程實(shí)踐

4.1 支架方案

圖1 超前支架布置示意

4.2 工作原理及注意事項(xiàng)

在工作過程中，支架處于支撐狀態(tài)，向前推進(jìn)時(shí)，第一架支架降架，通過推移油缸伸出將第一架推出，升架，完成第一架的推移，接著降后架，收推移油缸將后架拉前一個(gè)步距，升架完成后架的前移工序〔3〕。通過前后兩支架的相互協(xié)調(diào)完成推進(jìn)工作。

為了工作的順利進(jìn)行，要注意以下幾點(diǎn)：

（1）采用帶壓移架的方式，受采動(dòng)影響比較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低支架并迅速移架。

（2）在移架過程中如果出現(xiàn)支架歪斜要立即停止操作，調(diào)整上下拉撐千斤頂保持支架與頂板、底板垂直。

4.3 支護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益

采用超前支護(hù)液壓支架進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)效果良好且產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

（1）超前液壓支架操作簡便，有效的減少了上下端口的維護(hù)工作，有利于實(shí)現(xiàn)煤炭開采的高產(chǎn)高效。

（2）超前液壓支架支護(hù)效果良好，工作空間安全性好，能夠有效阻止頂板事故的發(fā)生。

（3）減少了每班超前支護(hù)作業(yè)人數(shù)，由原來的4人作業(yè)減少為2人作業(yè)，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工時(shí)利用率顯著提高。

（4）合理的支護(hù)形式為綜采工作面向前推進(jìn)提供了技術(shù)保證，實(shí)現(xiàn)了降本增效。

5 結(jié)語

1）上下順槽形成過程中的有效支護(hù)，對超前支護(hù)和端頭支護(hù)具有一定的影響，要使上下順槽形成一個(gè)相對穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2）超前支護(hù)液壓支架對頂?shù)装宓倪m應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了超前支護(hù)機(jī)械化，合理的支護(hù)方式與支護(hù)強(qiáng)度能顯著提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，有效地保護(hù)巷道的穩(wěn)定性。

3）超前支架保證了綜采工作面上下端頭的通暢，超前支護(hù)段頂板得到了有效控制，實(shí)現(xiàn)了工作面的高產(chǎn)高效，提高了煤礦經(jīng)濟(jì)效益。

〔1〕楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討〔J〕.煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（11）：1842－1853.

〔2〕王國舉.跨采動(dòng)壓巷道支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用研究〔D〕.湘潭：湖南科技大學(xué)，2014.