文/王 偉

煤礦井下綜采工作面的巷道超前支護(hù)是事關(guān)煤礦安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著綜采工作面機(jī)械化程度不斷提高，綜采工作面推進(jìn)速度不斷加快，給綜采工作面超前支護(hù)的安全性帶來(lái)了嚴(yán)峻考驗(yàn)。同時(shí)，隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，綜采設(shè)備以及液壓支架單件的重量越來(lái)越大，如何在工況條件復(fù)雜的巷道中安全高效運(yùn)輸設(shè)備，是當(dāng)前井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)所面臨的一大挑戰(zhàn)。華亭煤業(yè)集團(tuán)山寨煤礦在25031工作面應(yīng)用巷道超前支護(hù)液壓支架來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)單體液壓支架支護(hù)，并利用單軌吊機(jī)車進(jìn)行起吊運(yùn)輸支架，取得了良好效果，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

一、現(xiàn)有支護(hù)效果分析

目前，我國(guó)大部分綜采工作面兩巷超前支護(hù)區(qū)域采用“單體液壓支柱＋金屬梁”形式支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，易造成安全事故。

山寨煤礦25031工作面回風(fēng)順槽煤壁向外33m范圍內(nèi)巷道支護(hù)采用5副ZQ9600/25/38型超前液壓支架支護(hù)，33～87m范圍內(nèi)巷道支護(hù)采用DFB3400“π”型長(zhǎng)鋼梁配合單體柱打設(shè)“一梁兩柱”橫向抬棚支護(hù)。本文以綜采工作面液壓支架、巷道超前支護(hù)液壓支架和巷道單體液壓支柱等典型支護(hù)形式為例，從支護(hù)強(qiáng)度、護(hù)頂效果以及支護(hù)穩(wěn)定性三個(gè)方面進(jìn)行分析。

1.支護(hù)強(qiáng)度匹配分析

在支護(hù)強(qiáng)度方面，通過(guò)對(duì)25031工作面液壓支架、巷道超前支護(hù)液壓支架和巷道單體液壓支柱等不同支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)強(qiáng)度的對(duì)比分析，可知綜采工作面圍巖支護(hù)強(qiáng)度顯著大于兩巷超前支護(hù)強(qiáng)度。

2.護(hù)頂效果匹配分析

在護(hù)頂效果方面，當(dāng)支護(hù)強(qiáng)度一定時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與頂板接觸面積增大，能提高頂板主動(dòng)支護(hù)荷載分布的均勻性，避免局部應(yīng)力集中或支護(hù)力不足。25031綜采工作面液壓支架頂梁尺寸為4325mm×1750mm，單架頂梁接頂面積占平均控頂區(qū)域面積的83.58%；巷道超前支護(hù)液壓支架頂梁尺寸為7245mm×1200mm，單架雙頂梁接頂面積占支護(hù)巷道頂板面積的4 8%；巷道單體液壓支柱配合柱帽或金屬梁使用，柱帽直徑為30 0mm，金屬梁長(zhǎng)寬為3400mm×100mm，與頂板接觸面積分別占支護(hù)巷道頂板面積的4.24%、5.6%。因此，從支護(hù)結(jié)構(gòu)接頂面積角度分析，單體液壓支柱接頂效果最差，增加了工作面與兩巷支護(hù)護(hù)頂效果的不匹配性。

3.支護(hù)穩(wěn)定性匹配分析

在支護(hù)穩(wěn)定性方面，25031綜采工作面液壓支架重心低，接頂面積大，相鄰液壓支架連接緊密，支架在支護(hù)和移動(dòng)過(guò)程中具有很高的穩(wěn)定性，不容易發(fā)生側(cè)翻、傾倒。巷道超前支護(hù)液壓支架重心低，有較大接頂面積，相鄰支架為前后連接，具有較高的穩(wěn)定性，但在一些底鼓、頂板不平整圍巖條件較差的巷道中，支架穩(wěn)定性有待優(yōu)化。巷道單體液壓支柱重心高，接頂面積小，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，穩(wěn)定性較差。因此，綜采工作面液壓支架穩(wěn)定性要顯著高于巷道超前支護(hù)液壓支架與巷道單體液壓支柱。

綜上分析，在支護(hù)強(qiáng)度、護(hù)頂效果以及支護(hù)穩(wěn)定性等方面，25031工作面支護(hù)均優(yōu)于兩巷支護(hù)。與巷道超前支護(hù)液壓支架相比，單體液壓支柱支護(hù)強(qiáng)度低、護(hù)頂效果與穩(wěn)定性差，增加了工作面與兩巷支護(hù)的不匹配性。

二、工程實(shí)踐

1.技術(shù)依據(jù)

《綜采綜放工作面超前支護(hù)系統(tǒng)技術(shù)條件》（GB/T37611—2019）中尾變首式超前支護(hù)技術(shù)要求規(guī)定：超前支護(hù)技術(shù)適合大斷面、大變形回風(fēng)巷道，超前支護(hù)距離大于60m時(shí)推薦采用。超前支護(hù)單元宜采用低初撐力、高工作阻力設(shè)計(jì)?！暗统鯎瘟?、高工作阻力”支護(hù)原理實(shí)現(xiàn)方法：降低超前支架進(jìn)液管路中的進(jìn)液壓力，達(dá)到立柱設(shè)定壓力自動(dòng)停止供液。

2.設(shè)備選型及技術(shù)參數(shù)

參照我國(guó)巷道超前支護(hù)液壓支架的分類，支架特征、優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，通過(guò)分類對(duì)比、巷道超前支護(hù)計(jì)算、支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算，最終確定25031工作面巷道超前液壓支架選型為：兩柱支撐式單元支架進(jìn)行超前支護(hù)。根據(jù)25031綜采工作面實(shí)際及巷道布置，最終確定單元支架主要技術(shù)參數(shù)：

支架型號(hào)：ZQ4000/20.6/45；

支架高度：2060～4500mm；

支護(hù)高度：支架最高-200mm，支架最低+400mm；

前后排距：2.2m；

支護(hù)強(qiáng)度：0.88MPa（平均）；

支護(hù)初撐力：3082kN ；

支護(hù)工作阻力：4000kN；

支架對(duì)底板比壓：2.8MPa；

操作方式：手動(dòng)控制；

泵站壓力：31.5MPa；

支架重量：約4.5t；

底座長(zhǎng)度及寬度：1800mm、940mm；

頂梁長(zhǎng)度及寬度：1600mm、520mm。

3.超前單元支架布置方式

單元支架采用由里向外逐架沿巷道中線兩側(cè)布置，巷道一側(cè)每?jī)筛背皢卧Ъ苤行木酁?400mm，支護(hù)高度為2060～4500mm，兩側(cè)單元支架底座中心距為2850mm，單元架距巷道上、下幫距離為305mm，且排成直線，偏差不超過(guò)100mm。

4.超前單元支架挪移方式

（1）《綜采綜放工作面超前支護(hù)系統(tǒng)技術(shù)條件》（GB/T37611—2019）尾變首式超前支護(hù)技術(shù)要求規(guī)定：超前支護(hù)距離大于50m時(shí),推薦采用單軌吊運(yùn)方式；底鼓變形嚴(yán)重、有積水巷道宜采用單軌吊運(yùn)方式。

（2）通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有輔助運(yùn)輸（無(wú)極繩絞車），工作面順槽采用單軌吊機(jī)車運(yùn)輸，主要有如下重要性和優(yōu)越性。

①單軌吊機(jī)車易于維修。

②單軌吊機(jī)車的安全性高。單軌吊機(jī)車具有多層保護(hù)系統(tǒng)，例如壓力保護(hù)系統(tǒng)、溫度保護(hù)系統(tǒng)和制動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，其占據(jù)煤礦作業(yè)的上層空間，安全穩(wěn)定系數(shù)較高，且在單軌吊機(jī)車的巷道中進(jìn)行貨物裝卸時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，消耗的人力和物力都較少。

③單軌吊機(jī)車的靈活性高。單軌吊機(jī)車機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，能夠隨時(shí)啟動(dòng)和制動(dòng)，在作業(yè)起吊重物時(shí)，能夠在運(yùn)行路線上進(jìn)行快速裝卸運(yùn)行，且靈活性高，載重量相對(duì)較大。

5.單軌吊機(jī)車性能參數(shù)

結(jié)合25031綜采工作面實(shí)際，確定選用DX80/48防爆特殊型蓄電池單軌吊機(jī)車進(jìn)行輔助運(yùn)輸。主要性能參數(shù)如下：

適用坡度：≤15°；

額定牽引力：80kN；

最小制動(dòng)力：120kN；

最小水平轉(zhuǎn)彎半徑：4m；

最小垂直轉(zhuǎn)彎半徑：10m；

機(jī)車總功率：57kW；

驅(qū)動(dòng)電機(jī)總功率：8×6kW；

調(diào)速方式：變頻無(wú)極調(diào)速；

空載最大運(yùn)行速度：2m/s；

蓄電池容量：560Ah；

蓄電池電壓：252V；

制動(dòng)方式：失效制動(dòng)+電氣保護(hù)；

行駛操作：雙向雙司機(jī)室；

驅(qū)動(dòng)部底端距軌道底高度：≤0.65m；

機(jī)車自重：13T；

適用軌道：I140E/I140V；

裸車整車外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：20m×1.02m×1.4m。

6.單軌吊機(jī)車吊移單元支架技術(shù)流程

（1）單元支架移設(shè)前，先將單軌吊搬運(yùn)裝置移動(dòng)至需搬運(yùn)單元支架的上方，然后對(duì)搬運(yùn)裝置伸縮臂內(nèi)的伸縮缸進(jìn)行供液。

（2）將搬運(yùn)裝置起吊鉤移動(dòng)至單元支架上方，將搬運(yùn)裝置兩端起吊鉤與單元支架連接固定，然后接通單元支架的液壓管路，收回單元支架的立柱，拆除連接單元支架液壓管路，收縮伸縮臂內(nèi)的伸縮油缸。

（3）將單元支架拉移至巷道中心位置，使用單軌吊機(jī)車將單元支架挪移至超前支護(hù)最前端，使用單體柱對(duì)單元支架位置進(jìn)行微調(diào)，然后將單元支架挪移至預(yù)定位置。

（4）按此方法隨工作面回采推進(jìn)依次循環(huán)。

三、結(jié)論

山寨煤礦25031工作面支護(hù)水平顯著高于兩巷支護(hù)水平，巷道超前區(qū)域采用的單體液壓支柱支護(hù)強(qiáng)度低、護(hù)頂效果與穩(wěn)定性較差。通過(guò)采用巷道超前支護(hù)液壓支架替換單體液壓支柱，有效提高了兩巷超前支護(hù)效果，達(dá)到了減少工作面兩巷沖擊地壓事故的目的。

25031工作面順槽使用單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸單元支架，相較傳統(tǒng)的絞車輔助運(yùn)輸方式，減少了輔助運(yùn)輸作業(yè)人員數(shù)量，降低了絞車輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，提升了礦井的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，工程實(shí)踐可為華亭礦區(qū)其他礦井提供有益經(jīng)驗(yàn)借鑒。