煤礦大采高沿空留巷巷旁支護裝置的設計

常 柱

（潞安集團常村煤礦， 山西 長治 046000）

引言

目前，我國大部分礦區(qū)都已經(jīng)引入及應用了沿空留巷技術(shù)，尤其是近些年來柔模泵柱混凝土沿空留巷技術(shù)的成功運用，為沿空留巷技術(shù)提供了大量的實踐經(jīng)驗。但是對于其巷旁支護，大部分礦井依舊采取了以往的單體立柱，施工程序較為復雜、材料損耗較大、成本過大，需要花費較多的人力，對沿空留巷技術(shù)的應用效率造成了抑制，存在較大的風險問題。常村礦井S5-16 作業(yè)面具有厚度為6.6 m 的煤層，其回采作業(yè)采取了大采高技術(shù)，該過程中軌道巷所運用的工藝為柔模泵柱混凝土沿空留巷技術(shù)，在留巷的實際應用中，巷旁區(qū)域支護效果不好，出現(xiàn)了嚴重的變形。為了對巷旁支護的問題進行有效解決，本文依據(jù)實際狀況針對沿空留巷空區(qū)設計出了有效的巷旁支護設備，并研發(fā)了電控系統(tǒng)，最后對其應用效果進行了介紹[1-2]。

1 巷旁支護裝置結(jié)構(gòu)的研制

為了確保該支護裝置可以對頂板巖層發(fā)揮較好的支護效果，極大緩解隔離墻體在施工初期所受的應力，支護裝置的結(jié)構(gòu)應當滿足下列幾點要求：

1）該裝置應當設置于巷道充填體之外的采空區(qū)，安放區(qū)域較為狹窄，頂梁不能設置較大的寬帶，其結(jié)構(gòu)應設計為窄型；

2）為了確保巷旁的充填體得到長期有效的保護，頂梁必須維持較長的結(jié)構(gòu)，以擴大頂板與頂梁之間的接觸面積；

3）在澆筑充填體的初期，其不具備較大的強度，在強度達到相關要求之前，該支護裝置應當對巷道頂板進行持續(xù)支護，因此該支護裝置應當設置為平列形式，以確保其中一架產(chǎn)生移動時，另一架繼續(xù)支護巷道的頂板。

根據(jù)以上的分析，與沿空留巷的實際工藝相結(jié)合，將該支護裝置的結(jié)構(gòu)設定為雙列多節(jié)的窄型分體式。

根據(jù)以上的分析與S5-16 作業(yè)面中沿空留巷所具有的地質(zhì)狀況相結(jié)合，研發(fā)出了ZCZ4×4200/22/40/D 型分體式的支護裝置，詳見圖1，核心技術(shù)的參數(shù)見表1。

圖1 ZCZ4×4200/22/40/D 型巷旁支護裝置

表1 核心技術(shù)參數(shù)

2 巷旁支護裝置的布置方式

該支護裝置的設置形式詳見下頁圖2。一組包含了四個分體式支護裝置，其形式呈現(xiàn)為1 號、2 號相并列，3 號與4 號相并列，前排設置的支護裝置與作業(yè)面支架之間主要利用推移千斤頂來進行連接，以實現(xiàn)邁步式前移，同一排的支護裝置利用防倒千斤頂來建立連接。成組巷旁的支護裝置具有較多的優(yōu)勢，如強度較大、結(jié)構(gòu)較完善等，可以迅速實現(xiàn)升降推移，交互前進，滿足巷旁支護的相關要求。

3 巷旁支護裝置電液控制系統(tǒng)的設計

該支護裝置大多處于作業(yè)面支架的后部、充填體外側(cè)的采空區(qū)內(nèi)，由于采空區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)了漏矸的問題，存在較大的風險隱患，現(xiàn)場人員不適合進入。為了有助于現(xiàn)場人員開展操作，同時縮小空頂?shù)臅r間、加強支護裝置的升降等，本文針對該支護裝置中電液控制系統(tǒng)進行了研發(fā)，以實現(xiàn)支護裝置的遙控及有線的控制。電液控制系統(tǒng)的工作原理如圖3 所示[3-5]。

圖2 巷旁支護裝置布置方式

圖3 巷旁支護裝置電液控制系統(tǒng)原理

3.1 遠程有線控制及本架電液控制

電液控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要包含了電控機構(gòu)、信息傳輸體系。電控單元主要由人機交互、電源箱、控制裝置等組成。為了實現(xiàn)有線的遠程控制，該電控系統(tǒng)內(nèi)安裝了兩個人機交互頁面，兩個頁面相互串聯(lián)，一個設置在支護裝置中，另一個設置在人員作業(yè)的安全區(qū)域之內(nèi)。當實施控制的時候，操作人員可以利用遠程人機交互頁面來輸出信號，利用電磁先導閥來轉(zhuǎn)換相關的信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的液壓信號再利用各個閥體控制支架來開展作業(yè)。處于這種控制模式之下，可極大地確保操作人員的安全，同時迅速有效的控制支架。當遇見特殊狀況時，操作人員可以利用支架來操作人機交互頁面，以有效控制本架的電液系統(tǒng)。

3.2 遠程遙控控制

為了有助于進一步操作，在該支護裝置的電液控制系統(tǒng)內(nèi)設置了無線遠程遙控單元，系統(tǒng)安裝的發(fā)射裝置是多功能遠程遙控器，其接收裝置大多處于該支護裝置的控制器內(nèi)，工作人員可以在沿空留巷100 m 的區(qū)域之內(nèi)利用遙控器來控制該支護裝置。通過控制器下發(fā)指令，運用紅外無線信號的方式來將其傳輸?shù)浇邮掌髦畠?nèi)，支護裝置的控制器在接收到信號之后開展詳細分析，并借助多功能的換向閥來轉(zhuǎn)化信號，從而針對各個閥體所下發(fā)的指令來實施各種動作。

無線遠程控制系統(tǒng)可以為操作人員提供充足的自由活動的井下區(qū)域，人員可以依據(jù)沿空留巷所具有的實際操作空間來設置最有效的位置開展作業(yè)，同時確保人員可以對支護裝置在控制階段發(fā)揮的效果加以觀察，以做出適當?shù)恼{(diào)整[6-8]。

4 巷旁支護裝置應用效果

ZCZ4×4200/22/40/D 型分體式巷旁支護裝置已經(jīng)成功運用到S5-16 作業(yè)面柔?；炷裂乜樟粝镏?，目前已基本成巷。在施工階段，作業(yè)面的成巷速度也得到了極大提升，在成巷之后的10 d 之內(nèi)，隔離墻體一端的頂板會出現(xiàn)345 mm 的沉降量，隔離墻體具有較好的凝固效果，其鼓出量最大為285 mm，整個留巷期間沒有發(fā)生穿底及墻體失穩(wěn)的問題，巷旁一側(cè)圍巖發(fā)生的變形問題也得到了控制，其變形的曲線如圖4 所示。

圖4 隔離墻體一側(cè)巷道圍巖變形曲線

5 結(jié)論

1）與S5-16 作業(yè)面中沿空留巷所具有的地質(zhì)條件相結(jié)合，針對該支護裝置所具有的結(jié)構(gòu)特點進行分析，明確其結(jié)構(gòu)為窄型分體式，設計出了ZCZ4×4200/22/40/D 型支護裝置，并給出了技術(shù)的核心參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點及其設置形式；

2）針對該支護裝置研發(fā)出有效的電液控制系統(tǒng)，并對該裝置的遙控及有線控制設計出有效的方案，該系統(tǒng)較為簡便有效，可以滿足支護裝置的各個控制要求，并與綜采作業(yè)面完成同步的自動控制；

3）通過大量的實踐可知，ZCZ4×4200/22/40/D型窄型分體式巷旁支護裝置在投入使用之后，隔離墻體及其一側(cè)頂板所發(fā)生的變形狀況得到控制，取得了較好的凝固效果，從而使巷旁得到迅速有效的支護。