王 琦 ，宋德軍 ，閆殿華

（1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.煤礦采掘機(jī)械裝備國家工程實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006；3.中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原 030006；4.山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原 030006）

回采巷道是長壁綜采工作面安全通風(fēng)和輔助運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ溃鋰鷰r的有效維護(hù)對工作面安全、高效生產(chǎn)具有重要意義[1-3]。受采動影響，在工作面前方一定范圍內(nèi)巷道圍巖破壞變形速度增大，特別是當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較差時進(jìn)入工作面附近巷道會大幅度變形，在一定程度上影響了工作面的安全生產(chǎn)。因此，為減小采動過程中超前集中應(yīng)力對巷道破壞，需要對回采巷道進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù)。

目前綜采工作面回采巷道主要通過不同類型的超前支護(hù)裝備進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，超前支護(hù)裝備有單體液壓支柱和不同類型的超前支護(hù)支架：單體液壓支柱超前支護(hù)往往通過人工作業(yè)，由于存在勞動強(qiáng)度大、支護(hù)效率低、初始支護(hù)強(qiáng)度不均勻、具有一定安全隱患等局限，已難以滿足工作面安全高效開采超前支護(hù)要求；目前許多綜采工作面采用超前支架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，主要包括整體式超前支架組、分體式超前支架組及單元支架等[4-5]。針對不同的開采地質(zhì)條件，許多學(xué)者對回采巷道超前支護(hù)問題進(jìn)行了大量的研究。王國法等[6]在分析工作面回采巷道超前采動應(yīng)力影響范圍和分布規(guī)律的基礎(chǔ)上提出了“低初撐力、高工作阻力”的超前支護(hù)設(shè)計(jì)原理，形成了超前支護(hù)裝備和巷道圍巖耦合支護(hù)系統(tǒng)；曹連民等[7]、郭文彬等[8]、曾明勝[9]、閆殿華等[10]根據(jù)工作面回采巷道實(shí)際開采條件和超前支護(hù)需要解決的關(guān)鍵問題，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的邁步分體式超前支架組，并分別用于工程實(shí)踐；李明忠等[11]針對8.2 m 超大采高工作面大斷面巷道的實(shí)際地質(zhì)條件和支護(hù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)了智能化邁步自移式超前支架組，并用于現(xiàn)場實(shí)踐；張坤等[12]分析了超前液壓支架組與巷道錨桿(索)耦合支護(hù)力學(xué)特性，超前支架組-錨固非等強(qiáng)支護(hù)策略，并通過相似模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證性研究；徐亞軍等[13-14]研究了超前支架自適應(yīng)支護(hù)理論，分析了具有螺旋式推進(jìn)器行走部的單元式超前支架自適應(yīng)移架方式，解決了單元式超前支架與巷道頂板及錨護(hù)系統(tǒng)的協(xié)同匹配難題；高喜才等[15]針對復(fù)合頂板薄及中厚煤層工作面巷道超前支護(hù)存在的問題，開發(fā)了1 種由端頭支架和超前支架組成的輕型自移式超前支護(hù)系統(tǒng)，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用；李飛[16]針對鄂爾多斯沖擊礦壓巷道實(shí)際條件，對抗沖擊大阻力巷道超前支架進(jìn)行選型研究，并用于現(xiàn)場實(shí)踐。

上述研究推動了回采巷道超前支護(hù)技術(shù)的進(jìn)步，對超前采動影響區(qū)內(nèi)回采巷道合理有效的維護(hù)具有重要意義。為此，在上述研究的基礎(chǔ)上，以中煤華晉王家?guī)X煤礦12302 綜放工作面回風(fēng)巷為研究背景，針對巷道實(shí)際開采條件和超前支護(hù)要求，提出了1 種新型長距離超前支護(hù)技術(shù)，并用于工程實(shí)踐。

1 工程概況

1.1 開采地質(zhì)條件

中煤華晉王家?guī)X煤礦12302 工作面所采的2#煤層平均埋深為300 m，平均厚度為6.28 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，含1～2 層夾矸，單軸抗壓強(qiáng)度為7.09～7.59 MPa；工作面采用綜放工藝回采，其中采3.0 m，放3.28 m，垮落法處理頂板。工作面頂板以砂質(zhì)泥巖為主，單軸抗壓強(qiáng)度為25.12～34.24 MPa；工作面底板為泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度為20.63～26.27 MPa。工作面煤層及頂?shù)装逄卣魅鐖D1。

圖1 12302 回風(fēng)巷巖層地質(zhì)柱狀圖Fig.1 Roof and floor histogram of 12302 roadway

12302 回風(fēng)巷設(shè)計(jì)為矩形斷面，巷道掘進(jìn)寬度為5.2 m，凈寬度為5.0 m，掘進(jìn)高度為3.55 mm，凈高為3.3 m，沿底掘進(jìn)，護(hù)巷煤柱寬度為6 m。巷道采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)及鋼帶聯(lián)合支護(hù)：頂板使用 ?22 mm×2 200 mm 型左旋無縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間排距為1 000 mm×900 mm，頂板兩端錨桿與豎向方向夾角為15°，其余垂直于頂板布置，預(yù)緊力不低于100 kN；頂板錨索采用 ?21.6 mm×6 250 mm 的高強(qiáng)度鋼絞線，間距為2 000 mm，排距為1 800 mm，預(yù)緊力不低于200 kN。巷道兩幫采用 ?20 mm×2 000 mm 型左旋無縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×900 mm，幫部最上方與最下方錨桿與水平方向夾角為15°，其余垂直于頂板布置。底板進(jìn)行混凝土硬化處理，鋪底厚度為150 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

1.2 巷道超前支護(hù)現(xiàn)狀

相鄰以往工作面生產(chǎn)實(shí)踐表明，回風(fēng)巷超前采動范圍較長，巷道在工作面前方約40 m 處巷道開始出現(xiàn)較大的變形，為滿足工作面長距離超前支護(hù)要求，工作面采用邁步分體式超前支架組與單體液壓支護(hù)進(jìn)行超期支護(hù)：其中超前支架組支護(hù)長度為20 m，隨著工作面推進(jìn)，超前支架組交替邁步向前移架；超前支架組前方采用單體液壓支柱支護(hù)，每排布置2 根單體支護(hù)，間距為2.6 m，立柱距幫部距離均為1.2 m，支護(hù)長度為20 m。實(shí)際生產(chǎn)過程中超前支護(hù)范圍內(nèi)巷道頂板最大下沉量為670 mm，煤柱幫最大變形量為980 mm，煤壁幫最大變形量為420 mm，底板最大變形量為65 mm；局部區(qū)域錨桿失效，實(shí)際支護(hù)效果不理想。分析其原因，一方面由于在工作面前方20～40 m 范圍內(nèi)單體立柱支護(hù)密度較小，超前支護(hù)強(qiáng)度不足，不能較好的減緩超前采動對錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)的影響，導(dǎo)致錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)受到一定的破壞，頂板離層發(fā)育，幫部巖體受頂板上覆巖層的運(yùn)移影響而發(fā)生一定的擴(kuò)容變形，進(jìn)入工作面前方0～20 m 范圍內(nèi)超前支架組支護(hù)區(qū)域時巷道已受超前采動影響而發(fā)生一定程度的變形；另一方面，單體液壓支柱通過人工打設(shè)，為避免單體液壓支柱對局部破碎頂板的進(jìn)一步破壞，在實(shí)際支護(hù)過程中施加的初始支護(hù)強(qiáng)度往往較小，造成整體支護(hù)強(qiáng)度不均勻，不利于頂板的維護(hù)。

2 巷道超前支護(hù)思路

2.1 需解決的主要問題

根據(jù)相鄰工作面超前支護(hù)實(shí)踐與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，認(rèn)為工作面在超前支護(hù)過程中仍存在如下問題需進(jìn)一步解決。

1）超前支護(hù)方式。相鄰工作面以往生產(chǎn)實(shí)踐表明，在工作面前方約40 m 處的未支護(hù)區(qū)域內(nèi)巷道開始發(fā)生較大變形，巷道超前支護(hù)長度為 40 m，在工作面前方20～40 m 范圍內(nèi)采用單體立柱支護(hù)，該范圍內(nèi)單體立柱支護(hù)密度較小，實(shí)際支護(hù)效果較差，進(jìn)入工作面前方20 m 范圍后巷道已發(fā)生較大幅度的破壞變形，超前支護(hù)對圍巖的維護(hù)效果不佳，需改變該范圍內(nèi)的超前支護(hù)方式，使巷道在未發(fā)生較大幅度變形之前得到有效支護(hù)，從而減小超前采動影響對巷道圍巖的破壞速度。

2）支護(hù)裝置與圍巖適應(yīng)性。超前支護(hù)作為1種臨時加強(qiáng)支護(hù)方式，與巷道錨桿支護(hù)系統(tǒng)共同維護(hù)超前劇烈采動影響區(qū)內(nèi)巷道圍巖的穩(wěn)定，在實(shí)際支護(hù)過程中支護(hù)裝置與圍巖應(yīng)具有良好的適應(yīng)性，應(yīng)避免對巷道頂板及錨桿支護(hù)系統(tǒng)的破壞，在工作面前方20～40 m 范圍內(nèi)單體立柱支護(hù)過程中不能保證有均勻的初始支護(hù)強(qiáng)度，進(jìn)入工作面前方20 m 范圍內(nèi)超前支架組在反復(fù)“承載-卸載”移架過程中對巷道頂板及錨桿支護(hù)系統(tǒng)造成一定的破壞，支護(hù)裝置與巷道圍巖的適應(yīng)性問題需進(jìn)一步解決。

3）巷道圍巖變形問題。該礦采用窄煤柱護(hù)巷，護(hù)巷煤柱為基于沿空掘巷上覆巖層空間分布特征與掘巷工藝，成巷后在工作面超前采動影響下，巷道容易發(fā)生較大幅度的破壞變形，超前支護(hù)裝備應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)，以減緩巷道圍巖破壞變形速度。

2.2 超前支護(hù)思路

根據(jù)12302 回風(fēng)巷超前支護(hù)應(yīng)解決的主要問題，提出了長距離超前支護(hù)與無反復(fù)支護(hù)的超前支護(hù)思路，具體如下：

1）長距離超前支護(hù)?；夭上锏牢词芄ぷ髅娉安蓜佑绊憰r圍巖可以保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在超前采動影響下巷道頂板巖層會發(fā)生一定的破壞變形，頂板離層逐漸發(fā)育，對錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)造成一定的破壞，通過長距離超前支護(hù)，即對巷道前方受采動影響較小的區(qū)域進(jìn)行長距離加強(qiáng)支護(hù)可以減小超前采動影響下巷道頂板上覆巖層的回轉(zhuǎn)變形速度，抑制頂板離層發(fā)育，減小上覆巖層回轉(zhuǎn)過程中對巷道兩幫帶來的破壞，保持超前支護(hù)范圍內(nèi)巷道圍巖的整體穩(wěn)定。

2）無反復(fù)支護(hù)。巷道在工作面前方20～40 m范圍內(nèi)已發(fā)生一定的變形破壞，在超前支護(hù)過程中支護(hù)裝備的反復(fù)“承載-卸載”在一定程度上會加劇對巷道頂板的破壞，實(shí)際支護(hù)效果并不理想。通過改變移架方式實(shí)現(xiàn)無反復(fù)支護(hù)，從而避免支護(hù)裝置對巷道頂板及錨桿支護(hù)系統(tǒng)的反復(fù)承載破壞，減小巷道圍巖破壞變形速度。

3 超前支護(hù)技術(shù)

3.1 超前支護(hù)范圍

工作面自切眼處開始，隨著持續(xù)推進(jìn)上覆巖層會經(jīng)歷直接頂初次破斷垮落、基本頂初次破斷垮落和基本頂周期性破斷垮落等過程，工作面上覆巖層應(yīng)力會隨著上覆巖層破斷運(yùn)移發(fā)生動態(tài)變化，并在工作面前方一定范圍內(nèi)形成超前應(yīng)力集中區(qū)，逐步達(dá)到1 種相對平衡的狀態(tài)，在工作面前方會形成塑性區(qū)、彈性應(yīng)力增高區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)。根據(jù)極限平衡理論[17-18]，在工作面前方集中應(yīng)力峰值位置距工作面的距離X0可按照式（1）計(jì)算：

式中：m為煤層采高；μ為煤巖層間的摩擦系數(shù)；φ為煤體內(nèi)摩擦角；k為超前應(yīng)力集中系數(shù)；ρ為上覆巖層密度；N0為煤體殘余承載強(qiáng)度；H為埋深。

工作面前方彈性區(qū)域內(nèi)距工作面X處煤體所受垂直應(yīng)力σy可按式（2）計(jì)算：

式中：λ為測壓系數(shù)。

在彈性應(yīng)力增高區(qū)與原巖應(yīng)力區(qū)的交界處，有σy=ρgH，代入式（3），有：

根據(jù)相鄰工作面實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合煤巖體物理力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果，μ=0.24，φ=28.74°，k=2.2，ρ=2.5 m3，λ=0.33，考慮工作面頂煤回收率的影響，有m=5.8 m。

將各參數(shù)代入，得X0= 8.22 m，X=37.09 m。結(jié)合相鄰工作面超前支護(hù)實(shí)踐，回風(fēng)巷道在工作面前方40 m 處開始出現(xiàn)較大幅度變形，結(jié)合目前工作面超前支護(hù)長度，綜合分析，確定超前支護(hù)長度不低于40 m。

3.2 超前支護(hù)強(qiáng)度

超前支護(hù)的主要作用是支護(hù)裝置協(xié)助巷道錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)，與錨桿(索)支護(hù)共同維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定，在確定超前支護(hù)強(qiáng)度時，要充分考慮錨桿及錨索對巷道圍巖的支護(hù)作用。

12302 回風(fēng)巷道上覆頂煤厚度為2.73 m，頂煤上部為厚5.9 m 的砂質(zhì)泥巖，可將其視為直接頂，直接頂上部為厚5.85 m 的細(xì)砂巖，可將其視為基本頂，巷道使用窄煤柱護(hù)巷，護(hù)巷煤柱為6 m，在超前支護(hù)范圍內(nèi)支護(hù)裝置、錨桿支護(hù)系統(tǒng)、煤柱、煤壁共同承載著上覆巖層所傳遞的載荷。以巷道基本頂、直接頂、護(hù)巷煤柱以及側(cè)向采動影響范圍內(nèi)的煤壁作為研究對象，建立的超前支護(hù)力學(xué)模型如圖2[19-20]。圖中：a、l、b分別為煤柱、巷道及側(cè)向采動影響范圍內(nèi)煤壁的寬度，Rp、R、Rw分別為護(hù)巷煤柱、支護(hù)裝置、煤壁對上覆巖層的作用力；θ為上覆基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)角；Hc為煤層厚度；Hi為直接頂高度；Hm為基本頂高度。

圖2 超前支護(hù)力學(xué)模型Fig.2 Mechanical model of advance support

以O(shè)為原點(diǎn)，根據(jù)力矩平衡關(guān)系，可建立平衡方程如式（4）：

式中：Mi、Mm分別為直接頂、基本頂回轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的力矩；Mw、M、Mp分別為煤壁、支護(hù)裝置、煤柱承載力所產(chǎn)生的力矩。

式中：ρi、ρm分別為直接頂和基本頂密度。

巷道上覆基本頂回轉(zhuǎn)角θ可以根據(jù)超前支護(hù)空間要求確定，假定超前支護(hù)裝置兩側(cè)邊緣距巷道幫部的空間距離相等，巷道圍巖的變形來自直接頂和幫部煤巖體的擴(kuò)容變形，根據(jù)超前支護(hù)空間位置關(guān)系，巷道兩幫變形量不大于超前支護(hù)裝置兩側(cè)邊緣距巷道幫部的距離，有：

式中：B為支護(hù)裝置的寬度；k1為煤巖體擴(kuò)容系數(shù)；h為巷道的高度。

考慮到研究區(qū)域長度遠(yuǎn)小于回采巷道走向長度，按照平面應(yīng)變模型分析，根據(jù)彈性力學(xué)理論[21]，研究區(qū)域內(nèi)巷道兩側(cè)實(shí)體煤和煤柱上任一點(diǎn)上覆巖層垂直應(yīng)力σw、σy分別按下式表示：

煤壁對上覆巖層提供的支撐應(yīng)力Rw為：

式中：Aw、Bw、Ap、Bp分別為與錨桿(索)支護(hù)參數(shù)有關(guān)的系數(shù)。

考慮錨桿(索)的支護(hù)作用，單位長度內(nèi)巷道所需超前支護(hù)載荷qa為[22]：

巷道超前支護(hù)強(qiáng)度pa為：

式中：n為單位長度內(nèi)錨桿(索)的個數(shù)，F(xiàn)為單位長度內(nèi)錨桿(索)對圍巖的錨固力，kN。

根據(jù)實(shí)際開采條件，巷道寬度l=5.2 m，高度h=3.55 m，Hi=5.9 m，Hm=5.85 m，k1=1.5，B=14.6 m，μ=0.25，E=19 MPa。根據(jù)巷道錨桿(索)支護(hù)參數(shù)及現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)力監(jiān)測，支護(hù)裝置初始支護(hù)區(qū)域巷道頂板錨桿所受平均應(yīng)力為121 kN，錨索所受平均應(yīng)力為226 kN，由計(jì)算可得qa=1 390.38 kN，pa=267.38 kN。

即考慮與錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)的共同作用，超前支護(hù)強(qiáng)度不低于267.38 kN。

3.3 超前支護(hù)裝備

基于上述分析，提出了窄煤柱巷道長距離無反復(fù)超前支護(hù)技術(shù)，設(shè)計(jì)了ZLQ3200/18/37 型單跨式超前支護(hù)裝置，配備多功能運(yùn)載裝備組成支護(hù)運(yùn)載成套裝備。在實(shí)際支護(hù)之前，對支護(hù)裝置與未受超前采動影響的巷道頂?shù)装暹M(jìn)行了現(xiàn)場匹配性試驗(yàn)，通過調(diào)整多功能運(yùn)載裝備乳化液系統(tǒng)的泵站初始壓力，對支護(hù)裝置進(jìn)行初始加壓承載，泵站初始壓力由31.5 MPa 開始，逐次降低0.5 MPa，同時觀察支護(hù)裝置橫梁對巷道頂板及柱靴對巷道底板的承壓情況，通過對比綜合分析，確定乳化液泵站壓力為25 MPa。支護(hù)裝置主要參數(shù)見表1。

表1 支護(hù)裝置主要參數(shù)Table 1 Main parameters of support device

3.4 長距離超前支護(hù)理念

回采巷道長距離超前支護(hù)理念可以總結(jié)為“預(yù)先主動、一次承載、協(xié)同作業(yè)、整體支護(hù)”，具體闡述如下。

1）預(yù)先主動。對工作面超前支護(hù)區(qū)域最前方進(jìn)行預(yù)先主動加強(qiáng)支護(hù)：超前支護(hù)區(qū)域最前方巷道圍巖受采動影響較小，在錨桿及錨索的支護(hù)作用下可以保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，對該區(qū)域進(jìn)行預(yù)先主動支護(hù)，為巷道頂板提供了1 個向上的應(yīng)力，可主動抵抗后期采動影響下巷道頂板巖層回轉(zhuǎn)變形帶來的動載荷，有效減緩后續(xù)超前支護(hù)范圍內(nèi)頂板巖層回轉(zhuǎn)角與回轉(zhuǎn)變形速度，抑制頂板離層發(fā)育，減緩巷道幫部特別是煤柱幫的變形，保持巷道的完整穩(wěn)定。

2）一次承載。單跨式支護(hù)裝置間隔布置于巷道內(nèi)，隨著工作面推進(jìn)由后向前交替循環(huán)移架，各支護(hù)裝置最初在超前支護(hù)區(qū)域最前方主動承載，直至進(jìn)入工作面附近端頭區(qū)域后完成1 次循環(huán)，在單個循環(huán)支護(hù)過程中支護(hù)裝置僅1 次承載后即進(jìn)入實(shí)時支護(hù)狀態(tài)，避免了反復(fù)“承載-卸載”過程中巷道頂板上覆巖層的瞬間大幅度回轉(zhuǎn)變形，同時避免了反復(fù)支撐對頂板及錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)的破壞，有效保持巷道圍巖體完整穩(wěn)定，控制圍巖變形。

3）協(xié)同作業(yè)。支護(hù)裝置設(shè)計(jì)為單跨式結(jié)構(gòu)，初始承載時，在工作面前方巷道頂板上覆一定范圍內(nèi)預(yù)先形成1 個基本可以覆蓋頂板橫向?qū)挾确秶膽?yīng)力承載區(qū)，與錨桿(索)支護(hù)作用下形成的錨固應(yīng)力區(qū)疊加，進(jìn)一步改善了頂板巖層受力狀態(tài)，有利于后期進(jìn)入超前劇烈采動影響區(qū)內(nèi)巷道頂板巖層的穩(wěn)定，減緩兩幫變形。

4）整體支護(hù)。單跨式支護(hù)裝置與巷道底板形成一種“支護(hù)裝置-底板”穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)體，具有高強(qiáng)度、可讓壓、高承載力的特性；此外，承載狀態(tài)下各支護(hù)裝置橫梁端部邊緣通過柔性鏈條進(jìn)行前后鏈接，在超前支護(hù)范圍內(nèi)形成1 種整體穩(wěn)定的長距超前支護(hù)體系。支護(hù)裝置與巷道頂板緊密接觸，有效增強(qiáng)了巷道圍巖整體強(qiáng)度和抗變形能力，保持巷道圍巖整體穩(wěn)定。

3.5 超前支護(hù)方案

將單跨式臨時支護(hù)裝置間隔布置于12302 回風(fēng)巷內(nèi)，共布置35 架，考慮巷道錨桿(索)支護(hù)方案，將支護(hù)裝置布置于相鄰2 排錨索之間且無錨桿的位置，同時考慮多功能運(yùn)載裝備與支護(hù)裝置的最小匹配空間和緩解護(hù)巷窄煤柱的壓力，確定支護(hù)裝置排距為1 400 mm，超前支護(hù)長度為47.6 m，乳化液泵站壓力為25 MPa，支護(hù)強(qiáng)度為0.28 MPa，支護(hù)方案如圖3。

圖3 12302 回風(fēng)巷超前支護(hù)方案Fig.3 Advance support scheme of 12302 roadway

隨著工作面的推進(jìn)，支護(hù)裝置由后向前交替循環(huán)移架，具體支護(hù)工序如下：

1）多功能運(yùn)載裝備行駛至工作面端部區(qū)域巷道最后方支護(hù)裝置下方，升起升降平臺，使其上方卡槽與支護(hù)裝置橫梁充分接觸，夾緊橫梁后保持升降平臺高度不變，收縮支護(hù)裝置立柱，之后降低升降平臺，使支護(hù)裝置立柱底座與巷道底板脫離接觸。

2）將支護(hù)裝置順時針旋轉(zhuǎn)90°，運(yùn)載裝備將支護(hù)裝置搬運(yùn)至巷道超前支護(hù)區(qū)域的最前方，即距巷道最前方支護(hù)裝置1.4 m 的位置。

3）操作運(yùn)載裝備升降平臺的旋轉(zhuǎn)裝置，逆時針旋轉(zhuǎn)90°使支護(hù)裝置橫梁與巷道軸線保持垂直。

4）升起升降平臺，使支護(hù)裝置橫梁與巷道頂板完全接觸，之后進(jìn)液伸柱，使支護(hù)裝置立柱底座與巷道底板接觸。

5）繼續(xù)加壓，同時觀察支護(hù)裝置橫梁與頂板接觸后觀察頂板變化情況，加壓至支護(hù)裝置達(dá)到初始支護(hù)強(qiáng)度后結(jié)束加壓，完成1 次循環(huán)移架。

6）隨著工作面的推進(jìn)，由后向前交替循環(huán)移架。

4 應(yīng)用效果

工作面回采期間對巷道圍巖變形情況進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測，巷道圍巖變形曲線如圖4。

圖4 巷道圍巖變形曲線Fig.4 Deformation curves of roadway surrounding rock

由圖4 可知：使用超前無反復(fù)支護(hù)技術(shù)后，在工作面附近巷道頂板最大下沉量為216 mm，與以相鄰?fù)锏老啾葴p少了67.76%；煤柱幫最大變形量為450 mm，相比以往減少了54.08%；煤壁幫最大變形量為196 mm，相比以往減少了53.33%；巷道底板采用混凝土硬化，最大變形量為46 mm，有效減小了支護(hù)范圍內(nèi)巷道圍巖的變形速度，減緩了幫部的破壞。

此外，支護(hù)期間煤柱幫立柱應(yīng)力普遍集中在32～38 MPa 之間，煤壁幫立柱應(yīng)力普遍集中在29～36 MPa 之間，靠近煤柱側(cè)部分支護(hù)裝置立柱安全閥開啟卸壓，使頂板應(yīng)力得到釋放。除個別錨桿失效外，錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)未受到破壞，巷道圍巖得到了較好的控制，錨桿(索)支護(hù)系統(tǒng)得到有效維護(hù)。表明長距離超前支護(hù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用效果良好，有效維護(hù)了超前采動影響區(qū)內(nèi)巷道圍巖的完整穩(wěn)定。

5 結(jié) 語

1）12302 綜放回風(fēng)巷在超前支護(hù)過程中存在超前支護(hù)長度不足、支護(hù)裝置與圍巖適應(yīng)性較差及巷道圍巖變形等問題，提出長距離支護(hù)與無反復(fù)支護(hù)的超前支護(hù)思路。

2）理論分析表明：工作面超前集中應(yīng)力峰值位置距工作面的距離為8.22 m，超前采動影響區(qū)長度為37.09 m，結(jié)合相鄰工作面以往超前支護(hù)實(shí)踐確定超前支護(hù)長度不低于40 m；考慮錨桿(索)的支護(hù)作用，巷道超前支護(hù)強(qiáng)度不低于267.38 kPa。

3）提出了“預(yù)先主動、一次承載、協(xié)同作業(yè)、整體支護(hù)”的長距離超前支護(hù)理念，研制了由ZLQ3200/18/37 型大跨距門式超前支護(hù)裝置與多能運(yùn)載裝備組成的成套裝備，給出了支護(hù)裝置主要技術(shù)參數(shù)，結(jié)合巷道實(shí)際地質(zhì)條件，確定了長距離無反復(fù)超前支護(hù)方案。

4）實(shí)踐表明：新型長距離無反復(fù)超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果良好，巷道頂?shù)装遄冃瘟枯^小，減緩了窄煤柱幫的變形破壞，巷道圍巖得到了較好的維護(hù)，可以滿足工作面超前支護(hù)要求。