陜衛(wèi)斌，李學鵬

（晉能控股煤業(yè)集團長平煤業(yè)有限責任公司 山西 高平 048400）

長平公司大采高工作面超前支護區(qū)和端頭端尾區(qū)原有單體柱支護方式已有8～9 個采面的回采歷史，此種方法存在架棚材料消耗大、勞動強度高、倒柱事故多、支護強度低和速度慢等問題，不能適應安全快速高效回采的需要，嚴重影響工作面推進速度。因此我公司結合現(xiàn)階段大采高工作面開采現(xiàn)狀，以巷道設備空間尺寸富余量充足的43063巷為試點進行超前支架試驗研究，通過現(xiàn)場應用可知超前支架完全能夠替代原有單體柱方式，為類似條件下工作面超前支護架使用提供參考。

1 工作面順槽巷道概況

43063巷是4306大采高工作面的輔運巷道。矩形巷道，煤層厚度5.64 m，傾角4°，煤層穩(wěn)定，地質構造簡單，埋深450 m，直接頂為泥巖，老頂為粉砂巖，直接底為泥巖，老底為粉砂巖，為不易自燃煤層，煤塵無爆炸危險性。4306工作面東側為4304綜采面采空區(qū)，西側為4308 綜采面（正在準備），南側為井田邊界，北側為開拓大巷。

巷道采用錨網索聯(lián)合支護，錨桿錨索間排距均為1 m，巷道高度3.5 m，巷道寬度5.6 m，巷道采用兩進一回布置，43063 巷為主進風兼運料，43061 巷為輔助進風兼運煤，43062 巷回風。大采高工作面順槽巷道在4306 工作面以前的超前支護均采用單體柱支護。受大采高工作面超前支承壓力和采動應力影響，工作面煤壁前方超前支護長度為30 m，現(xiàn)場每次均按30 m超前支護布置單體柱。故急需在43063巷開展超前支護支架設備選型和現(xiàn)場工業(yè)試驗。巷道布置、綜合柱狀見圖1圖2。

圖1 巷道布置圖

圖2 綜合柱狀圖

2 超前支架選型分析

2.1 支架主要技術參數(shù)確定

（1）理論計算

為保證工作面回采期間超前支護架能夠滿足巷道頂板穩(wěn)定，應滿足公式[1]：

式中：PC—支架支護強度，PC≥（0～0.5）MPa；

PO—殘余支護強度，PO=0.4 MPa；

PZ—巷道頂板壓力，PZ=（0.4～0.9）MPa。

綜合考慮，取PC=0.14 MPa。

超前支護支架按照7.4 m一組計算，則超前支護支架的工作阻力為：

PC= 0.14×5 600×7.4=5 801 kN，取6 000 kN。

（2）4304工作面43042巷超前支護單體柱阻力實測

4304工作面43042巷超前支護單體柱阻力實測折線圖見圖3。

圖3 4304工作面43042巷單體柱折線圖

從圖3 可以看出：工作面煤壁前方約6 m～12 m 單體柱阻力達到最大值，最大值基本達到單體柱額定阻力，其中現(xiàn)場局部單體柱出現(xiàn)卸液現(xiàn)象。工作面煤壁6 m 以前呈現(xiàn)逐步增大態(tài)勢，12 m 以后呈現(xiàn)逐步縮減態(tài)勢，30 m 以后單體柱阻力呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢，壓力變化不大。所以超前支架選型時重點針對工作面煤壁前方30 m范圍內布置超前支架。

（3）支架主要技術參數(shù)

現(xiàn)場選用3組ZQL2×3000/27/55型超前垛式支架，其主要技術參數(shù)見表1。

表1 超前支架技術參數(shù)

2.2 支架主要結構分析

超前支架采用力學分析和機械專業(yè)軟件對支架四連桿機構受力情況進行優(yōu)化設計，可有效避免支架受力不均現(xiàn)象，同時采用有限元軟件實現(xiàn)配件合理使用，進一步增加支架使用可靠性[2]。其主要結構含有底座、雙向伸縮立柱、前后連桿、左右連桿、頂梁、護頂板、防倒千斤頂、底座側拉千斤頂和側翻梁千斤頂?shù)?。超前支護架巷道布置和現(xiàn)場實景圖見圖4圖5。

圖4 43063巷超前支護架巷道布置和結構圖

圖5 超前支護架實物圖

3 超前支架支護工藝

3.1 工作方式

超前支護支架工作方式（見圖4）：利用新增端尾架和第1 組超前支架（即超前支護架5、6）互為支點前移，第2組超前支架（即超前支護架3、4）和第1組超前支架互為支點前移，第3組超前支架（即超前支護架1、2）和第2組超前支架互為支點前移，每1組超前支架由左右2架組成，移動時，左右架體邁步自移[3-5]。

超前支架支護操作條件：當工作面采煤機組割過2 次機尾（即機尾割三角煤進刀）、正向機頭方向推進并保證后滾筒距離順槽至少10 個支架時，方可操作“超前-端尾”系列新型支架。

超前支架支護布置參數(shù)要求：走向方向：超前支護架5、6前梁護板前端與工作面端尾架護幫板前端距離不得超過1 m，超前支護架3（或4）前梁和超前支護架5（或6）垛式頂梁距離不得超過1 m，超前支護架1（或2）前梁和超前支護架3（或4）垛式頂梁距離不得超過1 m；傾斜方向：超前支護架5（或3、1）護頂前端和超前支護架6（或4、2）護頂前端距離不得超過1 m；超前支護架超前控頂距離為22.64 m。

3.2 操作流程

超前支架支護操作程序：當機組割過2 次機尾并移架（不含新增端尾架P4）、推溜子機尾后，這時工作面端尾架護幫板和超前支護架5、6前梁交叉0.6 m，故6個超前支護架需要往外一次性移動2個循環(huán)步距1.6 m?！俺?端尾”系列新型支架移架順序為移超前支護架1/2→移超前支護架3/4→移超前支護架5/6→移新增端尾架P4。成組支架采用鄰架操作方式，能夠避免支架工在本架操作時誤傷人。操作超前支護前移至少需要2人配合操作。

超前支架支護操作流程：機組2 次過機尾→頂溜→頂溜子機尾→拉架（不含新增端尾架P4）→第1人操作超前支護架2閥組控制超前支護架1的降架、收前梁和護頂→另1人操作超前支護架4閥組控制超前支護架1 的前移→第1 人操作超前支護架2 閥組控制超前支護架1 升架、打前梁和護頂、1-2 間頂?shù)紫鄬τ透住刂瞥爸ёo架2、3、4、5、6同1→操作新增端尾架P4閥組前移→完成。

4 應用效果

（1）經過3個月的統(tǒng)計，平均每天可節(jié)約乳化油成本500元；超前支護人員定額減少2人，每天減少勞務性支出360 元，全年工作日按300 d 計算，可累計節(jié)省乳化油和勞務費30.5萬元。同時杜絕了架棚木垛及板梁等支護材料浪費，取得了良好的環(huán)保和經濟效益。

（2）超前支架初撐力可達到5 235 kN，能夠有效支撐順槽巷道超前段的頂板，保證切頂效果，減緩頂板下沉速度，減少了兩幫及頂?shù)装逡平俊?/p>

5 結語

超前支護架在4306大采高工作面的應用，解決了長期以來順槽巷道超前支護工序繁雜、勞動強度大、頂板控制難、單體柱搬移不安全、乳化液浪費嚴重等問題，大大減輕了工人勞動強度，取得了明顯的經濟效益和社會效益，有良好的推廣應用價值，為類似條件下超前支架使用提供參考。