采煤工作面沿空巷道無反復(fù)支撐超前支護(hù)技術(shù)

竇道達(dá)

摘 要：當(dāng)前，煤炭行業(yè)技術(shù)水平不斷發(fā)展，煤炭開采技術(shù)和裝備、煤炭資源變化也呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。為了提高采煤工作面沿空巷道超前支護(hù)區(qū)域的巷道維護(hù)與管理水平，本文分析對(duì)比傳統(tǒng)超前支護(hù)的利弊，提出無反復(fù)支撐超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：采煤工作面；沿空巷道；無反復(fù)支撐；超前支護(hù)

近年來，我國(guó)煤炭工業(yè)得到快速發(fā)展，煤礦開采深度不斷增加，東部礦區(qū)出現(xiàn)大量千米深井，西部礦區(qū)采深也逐年增加，采深增加導(dǎo)致大量條件復(fù)雜巷道出現(xiàn)，如深部高地應(yīng)力巷道、受強(qiáng)烈動(dòng)壓影響巷道等；煤礦開采強(qiáng)度的不斷增加，工作面配套設(shè)備功率、體積越來越大，巷道斷面尺寸不斷增加；機(jī)械化、自動(dòng)化設(shè)備的推廣應(yīng)用使得工作面推進(jìn)速度越來越快，周期來壓步距越來越大。這些因素直接導(dǎo)致布置于采空區(qū)一側(cè)的巷道圍巖受采動(dòng)影響破壞范圍廣、壓力大、變形嚴(yán)重，如何提高沿空巷道超前支護(hù)區(qū)域的維護(hù)與管理水平已經(jīng)成為許多現(xiàn)代化礦井的難題。

一、常用超前支護(hù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

1、傳統(tǒng)超前支護(hù)方式有木支柱、木垛、鋼梁、單體配鉸梁等，這些超前支護(hù)方式在我國(guó)煤礦發(fā)展進(jìn)程中都有大量應(yīng)用，尤其是單體配鉸梁的超前支護(hù)方式目前也有廣泛使用。隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，這些超前支護(hù)方式已與現(xiàn)代化的安全高效礦井不相匹配，甚至不能滿足現(xiàn)代化礦井超前支護(hù)的需要。在我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展初期，木支柱、木垛是我國(guó)煤炭開采井下支護(hù)的主要手段，但木支柱、木垛回收比較困難，大部分為一次性使用，對(duì)木材消耗量巨大，國(guó)內(nèi)煤礦已很少使用。單體配鉸梁超前支護(hù)作為一種環(huán)保型的小型支護(hù)設(shè)備，因其體積小、重量輕、支護(hù)可靠、使用和維修方便、綜合成本低，目前在超前支護(hù)中還有大量使用。但對(duì)于采動(dòng)影響范圍廣、距離長(zhǎng)、壓力大的沿空巷道，單體配鉸梁支護(hù)方式從支護(hù)強(qiáng)度、高度、速度、自動(dòng)化程度、可操作性、安全性、可靠性等方面都不能適應(yīng)。

2、目前國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟、常用的超前液壓支架結(jié)構(gòu)形式有：左右兩列交替邁步自移式超前支架、前后順序整體自移式超前支架等，其中左右兩列式應(yīng)用最多、最廣。超前液壓支架作為一種現(xiàn)代化的支護(hù)設(shè)備具有以下優(yōu)勢(shì)：接底接頂面積大整體性好，工作阻力大、支護(hù)強(qiáng)度高，能夠有效控制巷道圍巖變形，使巷道保持穩(wěn)定安全狀態(tài)，有效杜絕頂板事故的發(fā)生。超前支架替代單體配鉸梁是傳統(tǒng)超前支護(hù)方式的重大進(jìn)步，超前支架安全可靠、操作方便、移架速度快，實(shí)現(xiàn)了工作面超前支護(hù)的機(jī)械化和自動(dòng)化，有效提高了工作效率，滿足了工作面快速推進(jìn)的需要。

常用超前液壓支架與單體配鉸梁的支護(hù)方式相比有了很大進(jìn)步，但因其支護(hù)原理上存在不可避免的缺陷，常用超前液壓支架的共同特點(diǎn)是成組整體向前移動(dòng)，這種移架方式的最大缺點(diǎn)是整個(gè)超前支護(hù)區(qū)域內(nèi)的超前支架每移動(dòng)一個(gè)步距，所有超前支架均需完成降架、移架、升架一個(gè)動(dòng)作循環(huán)，頂梁接觸區(qū)域降架時(shí)卸載，升架時(shí)加載，如此高頻率的反復(fù)支撐會(huì)嚴(yán)重破壞巷道頂板與錨網(wǎng)索支護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)巷道頂板與錨網(wǎng)索支撐壓力拱被破壞后，會(huì)出現(xiàn)漏頂、冒頂?shù)仁鹿剩瑖?yán)重時(shí)會(huì)影響超前支架的移動(dòng)。別外，常用超前支架支護(hù)能力有限，兩列式超前支架因其支護(hù)原理與結(jié)構(gòu)限制，立柱數(shù)量和缸徑的增加空間有限，對(duì)于整體成組移動(dòng)的超前支護(hù)系統(tǒng)，在沿空巷道長(zhǎng)距離超前支護(hù)中使用會(huì)遇到許多困難。

二、無反復(fù)支撐超前支護(hù)技術(shù)

無反復(fù)支撐超前支護(hù)技術(shù)吸納了單體配鉸梁超前支護(hù)與液壓支架的優(yōu)點(diǎn)，其具有支撐能力大、適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)巷道原有支護(hù)系統(tǒng)沒有反復(fù)支撐的優(yōu)點(diǎn)。尤其是對(duì)于采動(dòng)影響范圍廣、壓力大、變形嚴(yán)重的沿空巷道，其適應(yīng)性更強(qiáng)、可靠性更高。

1、超前支護(hù)單元，對(duì)于采動(dòng)影響范圍廣、壓力大、變形嚴(yán)重的沿空巷道超前支護(hù)，必須選用支撐能力大、可靠性高的液壓支架支護(hù)單元，并且應(yīng)用液壓支架實(shí)現(xiàn)與采動(dòng)影響范圍相適應(yīng)的長(zhǎng)距離超前支護(hù)。液壓支架超前支護(hù)單元可布置2根立柱、3根立柱或4根立柱。立柱數(shù)量根據(jù)巷道壓力、變形與支架穩(wěn)定性需求確定。液壓支架超前支護(hù)單元穩(wěn)定機(jī)構(gòu)可以根據(jù)巷道壓力、變形與超前支架的運(yùn)移方式確定，可以采用伸縮桿式機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)、單擺桿機(jī)構(gòu)，為了提高超前支架的靈活性和伸縮比，也可以采用立柱與底座一體式穩(wěn)定方式。

2、超前支護(hù)單元運(yùn)移方式，無反復(fù)支撐超前支護(hù)最關(guān)鍵的技術(shù)是尾部支護(hù)單元向首部運(yùn)移的方法。運(yùn)移的方法可分為空中運(yùn)輸和地面運(yùn)輸，空中運(yùn)輸首推單軌吊運(yùn)輸，軌道可安裝在巷道中部頂板錨桿上，或安裝在巷道兩側(cè)超前支護(hù)單元之間架設(shè)的支撐梁上。單軌吊運(yùn)輸不受巷道底鼓、積水、起伏等影響，占用空間小、運(yùn)輸效率高、安全可靠，缺點(diǎn)是操作過程復(fù)雜。地面運(yùn)輸有膠輪車運(yùn)輸、履帶車運(yùn)輸、鉸車?yán)频?，地面運(yùn)輸方式受巷道條件影響較多，占用空間大、效率低、安全性差。

3、超前支護(hù)單元尾部移動(dòng)與首部擺放，無論哪種運(yùn)移方式都必須把尾部超前支架移動(dòng)到巷道中部，把移動(dòng)到首部的超前支護(hù)單元擺放在巷道中心線兩側(cè)的合理位置，完成這個(gè)工序必須使用巷道超前自移式支撐吊裝機(jī)，巷道超前自移式支撐吊裝機(jī)。超前支護(hù)系統(tǒng)尾部和首部巷道中心線兩側(cè)各布置一臺(tái)吊裝機(jī)，尾部吊裝機(jī)完成起吊尾部超前支護(hù)單元到巷道中部工序，首部吊裝機(jī)完成把從尾部運(yùn)移到首部的超前支護(hù)單元擺放到巷道中心線兩側(cè)。自移式吊裝機(jī)在實(shí)現(xiàn)起吊功能的同時(shí)也可對(duì)巷道頂板進(jìn)行有效支護(hù)，吊裝機(jī)主要由起吊支架、錨固支架、推拉千斤頂、導(dǎo)向限位桿組成。在起吊過程中起吊支架頂梁支撐巷道頂板，支護(hù)頂板的同時(shí)也為起吊機(jī)構(gòu)配重，提高起吊可靠性；起吊支架中的起吊機(jī)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)、上下擺動(dòng)，伸縮式吊臂增加了起吊機(jī)構(gòu)的活動(dòng)范圍；錨固支架與起吊支架互為支點(diǎn)可向前或向后自主移動(dòng)，導(dǎo)向限位桿提高了其移動(dòng)路線的精確性，兩根推拉千斤頂增強(qiáng)了移架能力和移動(dòng)過程中的靈活性。

三、無反復(fù)支撐超前支護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然性

煤礦安全規(guī)程中沒有規(guī)定超前支護(hù)方式，只規(guī)定超前支護(hù)長(zhǎng)度不得小于20m。但近幾年，許多煤礦的超前支護(hù)長(zhǎng)度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過20m，最長(zhǎng)達(dá)到200m甚至更長(zhǎng)，長(zhǎng)距離超前支護(hù)遇到的困難越來越多，原因如下：1）隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，工作面采煤強(qiáng)度不斷增加，工作面配套設(shè)備功率、體積越來越大。為了設(shè)備運(yùn)輸、通風(fēng)等，巷道斷面尺寸不斷增加，目前國(guó)內(nèi)巷道最大寬度已超過6m，高度已超過4.5m。2）隨著煤礦開采深度的不斷增加，東部礦區(qū)出現(xiàn)大量千米深井，西部礦區(qū)采深也逐年增加，采深增加導(dǎo)致大量條件復(fù)雜巷道出現(xiàn)，如深部高地應(yīng)力巷道、受強(qiáng)烈動(dòng)壓影響巷道等，這些條件復(fù)雜巷道的共同特點(diǎn)是圍巖變形強(qiáng)烈、破壞范圍廣。3）工作面長(zhǎng)度和采高越來越大，工作面長(zhǎng)度已從最長(zhǎng)300m左右發(fā)展到最長(zhǎng)已達(dá)450m。一次采全高工作面最大采高已達(dá)到7m以上，放頂煤工作面一次采全高厚度達(dá)到20m以上。4）隨著采煤工作面機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化大功率采煤設(shè)備的成功應(yīng)用，工作面推進(jìn)速度也越來越快，推進(jìn)速度越快周期來壓步距越大，直接導(dǎo)致采動(dòng)影響劇烈。5）為了提高資源回收率，許多煤礦為隔離采空區(qū)而留設(shè)的保護(hù)煤柱寬度最小只有2～3m。對(duì)于長(zhǎng)距離超前支護(hù)，傳統(tǒng)的支護(hù)方式已不能滿足，常用的超前支架其致命缺陷制約了其應(yīng)用范圍，超前支護(hù)距離越長(zhǎng)反復(fù)支撐次數(shù)越多，對(duì)巷道原有支護(hù)系統(tǒng)的破壞越嚴(yán)重對(duì)于采動(dòng)影響范圍廣、壓力大、巷道變形嚴(yán)重的長(zhǎng)距離超前支護(hù)最可靠的支護(hù)手段是無反復(fù)支撐超前支護(hù)系統(tǒng)。

四、結(jié)語

綜上所述，在工作面沿空巷道及長(zhǎng)距離超前支護(hù)環(huán)境下，采用無反復(fù)支撐超前支護(hù)技術(shù)能提高效率，節(jié)約資源，適應(yīng)煤炭開發(fā)的形勢(shì)，更能保障煤炭安全高效生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]孟峰.綜采工作面超前支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J]，礦山機(jī)械，2017，42（08）：1-5.

（作者單位：淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦職工培訓(xùn)中心）