液壓伸縮梁鋼棚在回采應力區(qū)中應用

王 軍

（山西潞安集團蒲縣新良友煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041200）

1 概述

山西潞安集團蒲縣新良友煤業(yè)有限公司11101綜采工作面為一采區(qū)首采工作面，上覆為3#煤層采空區(qū)，位于副斜井落底以北、3#聯(lián)絡巷以南、北軌道大巷以東、井田邊界以西90 m，東部為實體煤。11101 綜采工作面傾向長度170 m，走向長度739 m，工作面開采太原組下段11#煤層，煤層賦存較穩(wěn)定，平均厚2.8 m，含2～3 層夾矸，煤層傾角0°～17°，煤層普氏硬度1～1.5，夾矸1～2，直接頂2～4，直接底2～4。11101 綜采工作面采用傾斜長壁式布置，順槽采用一進一回，U 型布置，運輸順槽和回風順槽均沿煤層頂板布置，按由東向西的方向進行推采，停采線位于兩順槽車場以里15 m 處。

2 工作面回采現(xiàn)狀及問題分析

2.1 回采現(xiàn)狀

11101 綜采工作面采用綜合機械化回采工藝，已回采至410 m 處，在392 m 處位于機尾處揭露逆斷層F2，斷層落差為2.2 m，傾角為42°，斷層斜角與工作面斜交57°，斷層延伸至工作面長度42 m，對工作面回采影響長度為74 m，如圖1 所示。由于斷層侵入煤體后產(chǎn)生應力破壞作用，工作面回采至395 m 處時，在構(gòu)造應力以及回采應力等作用下，回采順槽出現(xiàn)應力顯現(xiàn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在頂板破碎、兩幫收斂以及底板鼓起。當工作面回采至400 m 處時回風順槽斷面不足設計斷面的85%。

圖1 11101 工作面及F2 斷層平面布置示意圖

2.2 回風順槽應力區(qū)加強支護措施

為了控制回風順槽應力區(qū)圍巖變形，工作面回采至400 m 處時對回風順槽頂板施工工字鋼錨索吊棚進行加強支護?；仫L順槽設計斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道頂板施工的吊棚長度為4.2 m，鋼梁采用11#工字鋼梁，寬度為0.11 m，鋼梁腰部均勻布置三個錨索支護孔，孔間距為1.8 m，錨索采用長度為5.0 m、直徑為21.8 mm 預應力鋼絞線。錨索吊棚垂直巷道布置，布置排距為1.5 m。

為進一步提高頂板穩(wěn)定性，原回風順槽超前應力區(qū)內(nèi)支設兩排液壓單體柱，現(xiàn)增加至三排，單體柱排距為1.5 m，間距為1.0 m。

2.3 支護現(xiàn)狀

回風順槽應力區(qū)施工錨索吊棚后工作面繼續(xù)回采，通過對錨索吊棚支護區(qū)施工HY-300 型頂板離層儀進行現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，錨索吊棚施工在距工作面10～15 m 處頂板變形現(xiàn)象得到了明顯控制，但是在距工作面10 m 范圍內(nèi)頂板仍變形嚴重，實測頂板最大下沉量達0.45 m。隨著工作面推移，錨索吊棚受壓加大，吊棚出現(xiàn)嚴重變形現(xiàn)象，相鄰兩架吊棚之間頂板出現(xiàn)剪切式冒漏，錨索吊棚對頂板起不到有效的支護作用。

2.4 支護存在的主要問題

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采用錨索吊棚對應力區(qū)進行加強支護存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）勞動強度高。由于工字鋼吊棚重量大，每米工字鋼重量為48 kg，在進行錨索吊棚施工時需5 人配合，且需搭設工作盤，支護工序復雜，勞動作業(yè)強度大且施工安全系數(shù)低。

（2）支護強度低。工字鋼錨索吊棚雖然有高強度剛性，但在支護時工字鋼梁兩側(cè)對頂板進行的支護屬于線性支護，工字鋼梁腰部鋼板厚度6 mm，承載著支撐應力，在支護過程中腰部鋼板易變形、斷裂，同時鋼梁兩側(cè)對頂板很容易造成切頂破壞作用，加劇了頂板破碎程度。

（3）回收難度大。工作面回采時需對順槽頂板錨索及錨索吊棚進行回收，便于采空區(qū)頂板能夠全部垮落，但是實際應用發(fā)現(xiàn)，錨索吊棚變形后與破碎頂板鑲嵌為一體，回收時難度大，回收率不足30%，局部錨索吊棚隨頂板甩入采空區(qū)內(nèi)，導致采空區(qū)頂板無法及時有效垮落。

3 液壓伸縮梁鋼棚應用

為解決傳統(tǒng)錨索吊棚在應力區(qū)支護的不足，提高回采巷道應力區(qū)頂板穩(wěn)定性，通過研究，決定對11101 綜采工作面回風順槽應力區(qū)支護進行優(yōu)化，采用液壓伸縮梁鋼棚進行支護[1-5]。

3.1 液壓伸縮梁鋼棚結(jié)構(gòu)

（1）11101 綜采工作面回風順槽采用的液壓伸縮梁鋼棚主要由底座、液壓伸縮棚腿、支撐板、支護梁（包括支撐桿、活動板、橫梁）液壓桿、連接板等部分組成，如圖2。

圖2 液壓伸縮梁鋼棚結(jié)構(gòu)示意圖

（2）鋼棚底座采用厚度為8 mm 鋼板焊制而成，底座成拱形狀，長度及寬度為0.5 m，底座與棚腿采用穿孔螺栓固定。

（3）液壓伸縮棚腿主要由液壓油缸、液壓控制閥、三向閥門、液壓管路等部分組成，液壓油缸伸縮行程為1.5～4.0 m，液壓油缸通過管路、三向閥門與工作面支架閥門連接。

（4）支撐板采用長度為4.2 m、寬度為0.5 m方鋼焊制而成，厚度為80 mm，支撐板與棚腿頂端采用凹槽卡扣連接，支撐板上方安裝一根支撐桿以及兩個斜角液壓桿，液壓桿通過直徑為20 mm 油管與棚腿三向閥連接。

（5）支護梁通過支撐桿以及液壓桿安裝在支撐板上，支護梁主要包括支撐桿、活動板、橫梁，其中每架液壓伸縮梁鋼活動板共計10 塊，每塊活動板長度為0.5 m，寬度為0.3 m，采用柔性聚氨酯阻燃材質(zhì)制成，最大抗載荷強度為35 MPa。

3.2 液壓伸縮梁鋼棚工作原理

（1）液壓伸縮梁鋼棚在地面一次性組裝完成，采用專用支架鏟車將其運送至支護地點，鋼棚支護前必須確保鋼棚頂梁與巷道兩幫垂直，防止在液壓伸梁時出現(xiàn)阻力，導致液壓缸損壞。

（2）首先采用直徑30 mm 主液壓油管、三向閥分別與鋼棚液壓閥門以及液壓桿連接，打開棚腿液壓閥門，在液壓作用下使棚腿逐漸升起，當棚腿伸縮高度達3.2 m 時停止伸架。

（3）鋼棚棚腿伸縮到位后，再通過液壓桿閥門使兩個斜角液壓桿升起，斜角液壓桿升起過程中使支護梁升起并與頂板接觸。由于應力區(qū)頂板破碎不平，支護梁升起過程中活動板可對凹凸不平的頂板進行有效支護。液壓伸縮梁鋼棚支護排距為2.0 m。

3.3 支護優(yōu)點

（1）自動化水平高。液壓伸縮梁鋼棚采用液壓系統(tǒng)進行鋼棚支護，鋼棚運輸?shù)街ёo地點后只需一人通過控制閥進行操作即可，解決了傳統(tǒng)錨索吊棚施工工序復雜、勞動作業(yè)強度大等難題。

（2）支護強度高。液壓伸縮梁鋼棚對頂板支護時頂梁支護面積大，而且通過頂梁活動板可對凹凸不平頂板進行有效支護，解決了傳統(tǒng)錨索梁棚支護時易變形、支護面積小以及對頂板產(chǎn)生切頂破壞等問題，而且兩架鋼棚之間可安裝背板，提高頂板支護強度。

（3）實用性強，回收率高。液壓伸縮梁鋼棚可適用于不同斷面的采掘巷道中，實用性強。鋼棚支護后可及時回收，11101 綜采工作面回風順槽內(nèi)鋼棚回收率達98%以上，回收率高，可二次利用。

3.4 實際應用效果分析

11101 綜采工作面回風順槽超前工作面5.0 m 處開始安裝液壓伸縮梁鋼棚，安裝間距為2.0 m，共計安裝7 架。當工作面回采至距第一架鋼棚2.0 m時及時將鋼棚前移，以此類推直至工作面完全過斷層應力區(qū)。

回風順槽應力區(qū)采用液壓伸縮梁鋼棚支護后，對支護區(qū)頂板安裝一臺YH-300 型頂板離層儀，通過現(xiàn)場觀察，應力區(qū)采取該支護后有效控制了巷道圍巖變形現(xiàn)象，實測頂板最大變形量0.14 m 以下，兩幫收斂量0.27 m 以下，底鼓量0.25 m 以下，大大提高了巷道成型率。

4 結(jié)語

新良友煤礦對11101 綜采工作面回風順槽應力區(qū)采用液壓伸縮梁鋼棚后，通過應用效果來看，液壓伸縮梁鋼棚便于操作維護，降低了應力區(qū)支護勞動作業(yè)強度，而且該支護對頂板支護強度高，便于回收，適用于復雜條件下應力區(qū)采掘巷道，對巷道起到有效的支護作用，能夠控制、降低應力區(qū)巷道圍巖變形現(xiàn)象。