大采高工作面機(jī)尾巷道超前支護(hù)及上隅角三角區(qū)端頭支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

張世豪，李笑笑，苗艷才

(1.山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031；2.山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048400；3.晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院，山西 晉城 048006)

山西晉煤集團(tuán)長平煤業(yè)公司大采高工作面機(jī)尾巷道及上隅角三角區(qū)仍采用傳統(tǒng)的單體液壓支柱進(jìn)行超前支護(hù)：機(jī)尾巷道20m范圍內(nèi)采用63根一梁三柱支護(hù)，上隅角三角區(qū)采用15根雙排切頂柱支護(hù)。該區(qū)段巷道斷面大、控頂面積大、單體液壓支柱數(shù)量多、工人勞動強(qiáng)度大、勞動效率低，再加上刮板輸送機(jī)上竄等原因，導(dǎo)致機(jī)尾支架與煤壁距離有時達(dá)2.2m以上，采空區(qū)垮落的矸石時常通過單體液壓支柱間隙竄至工作面，存在較大的安全隱患。

目前，我國許多礦井在工作面超前支護(hù)方面進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，根據(jù)煤層賦存條件的不同，主要有懸移式、垛式、滑移式超前支護(hù)液壓支架等多種形式，不同程度地解決了超前支護(hù)問題。

長平煤業(yè)公司針對本礦煤層賦存條件、配套設(shè)備及該區(qū)段的特殊情況，提出機(jī)尾巷道超前支護(hù)與上隅角三角區(qū)端頭支護(hù)統(tǒng)籌一體化解決方案，并應(yīng)用到了該礦4306工作面，取得了良好的效果。

1 長平煤業(yè)公司4306工作面概況

1.1 地質(zhì)條件

4306工作面走向長1106m，傾斜長220m，煤層總厚度為5.6m ，煤層傾角1°～11°，平均傾角6°。

1.2 工作面設(shè)備與機(jī)尾巷道情況

4306工作面采用一次采全高大采高采煤法。工作面主要設(shè)備有：ZY12000/28/62型液壓支架、SL500采煤機(jī)和SZZ1000/3×855刮板輸送機(jī)等。機(jī)尾巷道43064巷為設(shè)備列車巷，斷面設(shè)計尺寸為5.4m(寬)×3.9m(高)，然而在實際生產(chǎn)過程中，巷道變形嚴(yán)重，高度實際在3.3～5.6m范圍內(nèi)，平均4.5m左右；端頭三角區(qū)采空區(qū)頂板垮落矸石時常竄至工作面。

2 超前支護(hù)液壓支架與端頭液壓支架研制

長平公司根據(jù)多年的采煤經(jīng)驗，將大采高4306工作面機(jī)尾巷道超前支護(hù)與上隅角三角區(qū)端頭支護(hù)統(tǒng)籌考慮，提出了一體化解決方案，并研制了超前支護(hù)液壓支架和上隅角三角區(qū)端頭液壓支架。如圖1所示。

圖1 巷道超前支護(hù)及上隅角三角區(qū)支護(hù)方案

2.1 超前支護(hù)液壓支架

4306工作面機(jī)尾巷道20m區(qū)域范圍內(nèi)采用3組(6架)ZQL2×3000/27/55型超前支護(hù)液壓支架進(jìn)行支護(hù)，如圖2、圖3所示。3組支架前后連接，總支護(hù)距離達(dá)到20m以上。當(dāng)巷道頂?shù)装鍡l件較好時，采用左右兩架成組前移的拉架方式；當(dāng)巷道頂?shù)装鍡l件不好時，采用左右兩架邁步交替前移的拉架方式。

圖2 超前支護(hù)液壓支架示意

圖3 超前支護(hù)液壓支架斷面

超前支護(hù)液壓支架的移架工藝為：隨著綜采工作面推進(jìn)，收第1組支架前梁和側(cè)護(hù)頂板，降架300～400mm，推移千斤推移1個步距(工作面循環(huán)進(jìn)度)，升架達(dá)到初撐力，展開前梁和側(cè)護(hù)頂板，完成第1組支架的移動；第2組、第3組支架交替重復(fù)第1組支架的工序，完成1個拉架行走步距。當(dāng)頂板條件較差時，超前支護(hù)液壓支架可采用左右交替邁步式前移，即右支左移，或左支右移，以達(dá)到有效控制頂板的目的。

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超前支護(hù)液壓支架的推拉步距離最大可達(dá)到1800mm左右，實現(xiàn)工作面割煤2個循環(huán)，以減少超前支護(hù)液壓支架推拉頻次，提高生產(chǎn)效率。該超前支護(hù)液壓支架的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 超前支護(hù)液壓支架技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

2.2 端頭液壓支架

在上隅角三角區(qū)域，增設(shè)1架特制的支撐掩護(hù)式端頭液壓支架。該支架寬度過大會造成支架與巷道煤壁擠死，支架無法前移，寬度過小則不利于有效阻擋采空區(qū)矸石。經(jīng)研究確定：該特制支架的掩護(hù)梁及后連桿上增設(shè)大行程側(cè)伸縮機(jī)構(gòu)，增大支護(hù)面積，形成兩柱掩護(hù)式+伸縮頂梁+二級護(hù)幫+大伸縮行程側(cè)護(hù)板的綜合支護(hù)模式，以有效支護(hù)頂板，并防止采空區(qū)的矸石竄至工作面，該支架結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 端頭支架主、側(cè)視

拉架方式采用推移千斤將端頭液壓支架底座和超前支護(hù)液壓支架底座相聯(lián)，端頭液壓支架依靠超前支護(hù)液壓支架拉拽前移。端頭液壓支架的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 端頭支架技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

3 工業(yè)性試驗情況

機(jī)尾巷道超前支護(hù)與上隅角三角區(qū)支護(hù)統(tǒng)籌一體化解決方案成套裝備于2016年12月至2017年7月在長平煤業(yè)公司4306工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗，工作面推進(jìn)約1120m，完成了該工作面回采任務(wù)，解決了大采高工作面多年來存在的突出問題。

(1)使用壽命長，損耗小，節(jié)約成本。由于超前支護(hù)液壓支架在工作中整體受力，受力狀況好，而單體液壓支柱是單件受力。經(jīng)測算，年節(jié)約生產(chǎn)成本約40萬元。

(2)可自移，工序簡單，減人提效。使用超前支護(hù)液壓支架支護(hù)只需要1名工人即可操作，而使用單體液壓支柱支護(hù)則需要3名工人撤柱、移柱、支柱、打木垛等，年節(jié)約人工成本約15萬元。

(3)減少木料成本。原單體液壓支柱支護(hù)高度有限，僅4.5m，當(dāng)巷道高度超過4.3m時，需架木垛勾頂，消耗大量的木料。使用超前支護(hù)液壓支架支護(hù)，基本上不需要打木垛，年節(jié)約木料成本約150萬元。

(4)安全性好，員工發(fā)生受傷事故概率低。超前支護(hù)液壓支架支護(hù)機(jī)械化程度高，用人少，操作方便，對巷道圍巖控制較好。在巷道頂板破碎處，可大幅降低原有單體液壓支柱人工回柱帶來的安全隱患，作業(yè)人員相對安全，顯著地降低了工人的繁重體力勞動和發(fā)生事故的幾率。

4 結(jié)束語

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