综采工作面两巷超前支护的研究与应用

('综采工作面两巷超前支护的研究与应用苏鑫【摘要】Improvingtheadvancesupportintwolanesoffullymechanizedworkingfacehasagreatsignificancetorealizetheminesafetyandefficientproduction.Contrastiveanalyzestheperformanceparametersandsupportingeffectofhydraulicsinglepropandadvancedhydraulicsupport,itconcludesthatusestheadvancedhydraulicsupportcanreducethelaborintensityandimprovetheproductionefficiency.Ithasabroadapplicationprospects.%改进综采工作面两巷超前支护，对实现矿井安全高效生产具有重要意义。对比分析了采用液压单体支柱支护与超前液压支架支护的性能参数和支护效果，得出使用超前液压支架支护能够降低劳动强度，提高生产效率，具有广泛的推广应用前景。【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】4页(P37-39,45)【关键词】液压单体支柱;超前液压支架;性能参数;支护效果【作者】苏鑫【作者单位】西山煤电集团公司东曲矿，山西古交030205【正文语种】中文【中图分类】TD353自20世纪80年代以来，我国主要产煤大省机械化采煤技术高速发展，大采高、大产量工作面日常产量均以万吨计算，年产量达百万吨的矿井数不胜数。山西省开采技术的发展在采煤技术和设备上都取得了很大的突破，工作面单产、设备开机率、工作面推进速度、工作人员的劳动效率更是逐步提高。但是在生产过程中仍存在诸多制约因素，目前，综采工作面两巷的超前支护大多采用单体支柱配合铰接顶梁的支护方式，支护强度不够、支护面积不大，易导致漏顶，且工人劳动强度大。为了保障矿井的安全，提高综采工作面两巷的顶板管理，需尽快推广应用超前支护液压支架。西山煤电(集团)公司东曲矿回采的28804工作面两巷首次试用了ZTC40000/25/45型超前支护液压支架，在安全与效益上取得了较好的效果。1使用单体与液压支架的支护效果对比分析1.1使用液压单体支护的支护效果综采工作面两巷超前支护使用液压单体支护的支护分布图见图1。由图1可见，综采工作面两巷超前支护使用液压单体，两巷超前支护20m，皮带、轨道顺槽超前10m以内一梁三柱，柱距1.4m，排拒0.8m，10m以外一梁两柱，柱距3m，排拒0.8m，综采工作面无特殊情况采取本支护方式。如遇地质构造或者顶板破碎，在开采过程中，若两巷超前支护段压力增大、顶板破碎和出现顶板下沉时，支护改成“一梁多柱”的支护形式(“一梁多柱”支护数量及范围根据实际情况确定)，若头、尾顺槽顶板压力增大、下沉范围扩大，应及时扩大支护范围，将超前支护长度延长至30m以上，并根据实际情况进行支设，必要时全部支成“一梁多柱”的形式，若两巷超前支护段在压力作用下顶板破碎严重，则将棚距缩短为0.5m，这样造成综采工作面两巷的安全出口宽度不足，单体与单体之间还需采取防倒、防滑措施，工作量增加，单体的运输及打设，至少需3～4人专门负责，这样造成操作程序繁琐，劳动强度大，而且液压单体容易泄液、回缩量大，单体空载和失效，给安全生产带来一定的隐患。如遇到较为破碎的顶板，单体与顶板的接触支护面还需增大，单体对顶板的适应范围较小。1.2采用超前液压支架的支护效果东曲矿综采一队综采工作面采用ZTC40000/25/45型超前液压支架，该工作面两巷超前支护分布图见图2。ZTC40000/25/45超前支架主要技术参数表见表1。图1使用液压单体支柱支护的示意图图2工作面两巷超前支护分布图表1ZTC40000/25/45超前支架主要性能和技术参数表?该超前支架操作程序为:推架，工作面端头支架推移转载机和破碎机。拉架，这些工序只需要一个人完成。而单体液压支柱，需要人工回柱、扛运到支护地点进行重新打设，至少需要2～3人，还需定期检测支柱的压力，单体在打设的过程中要注意单体的四个卡爪要全部卡住钢梁，并垫上木楔防止单体滑开，出现泄液的单体要及时更换，对于底板较软的情况采用单体液压支柱支护要穿铁鞋，增加了维护工序和工人的劳动强度。相比而言，超前液压支架工序简单，提高了生产效率。由图2可以看出，该超前支架对于顶板来说完全实现了面与面的接触形式，无论是顶板破碎还是综采工作面两顺槽过构造，对各类型顶板都能起到良好的支护效果。1.3液压单体支柱与超前液压支架性能参数对比对28804工作面回采过程中，两巷受回采动压及工作面周期来压影响的比较:28804工作面盖山厚度148～293m。上方2#、4#煤已回采、7#煤未回采。4#～8#煤的层间距为66～81m。顶板情况:该工作面直接顶为2.5～4.7m砂质泥岩，直接顶为0.7m泥灰岩，老顶为3.5m石灰岩，使用YHY60－3(A)数字压力表检测矿压，并采集数据，顶板每隔50m打设一组矿用顶板离层仪，综合所有的工作面观测数据，形成时间、推进距离和阻力的相互关系，得出工作面直接顶初次跨落步距为22～30m。两巷只受正常压力情况所观测的数据见表2。表2两巷只受正常压力情况所观测的数据表?当直接顶垮落时，工作面进入压力最高峰值观测的数据见表3。表3工作面进入压力最高峰值观测的数据表?由此得出，综采工作面直接顶周期来压与工作面受正常采动压力，顶板的移近量及超前支架所受的压力是正常采动的2倍。超前液压支架实际的工作阻力为:式中:H—未冒落伪顶、直接顶的厚度，m;S—超前液压支架受力面积，m2;γ—容重，t/m3，煤取1.37，岩石取2.7;g—重力常数，N/kg，取10。该综采工作面受正常回采动压，工作面两巷超前液压支护支架的工作面阻力4500N，对底板的比压0.3MPa，当工作面直接顶周期来压时，超前液压支架处于峰值，超前液压支架工作阻力为10460N，对底板的比压0.65MPa。以28202工作面为例，该工作面与28804工作面在同一水平，顶板岩性大致相同，该工作面回采时，皮带、轨道顺槽超前支护单体为一梁三柱，根据底板的岩性从弹性变形到塑形变形的过程发生在瞬间，单体支柱穿“铁鞋”。顶板每隔50m打设一组矿用顶板离层仪，综合所有的工作面观测数据，形成时间、推进距离和阻力的相互关系，得出工作面直接顶初次跨落步距为25～31m。两巷只受正常压力情况所观测的数据见表4。表4两巷只受正常压力情况所观测的数据表?当直接顶垮落时，工作面进入压力最高峰值观测的数据见表5。表5工作面进入压力最高峰值观测的数据表?工作面超前50m以外受采动影响不明显，工作面受正常采动压力影响超前20m以内，支护段根据观测得出阻力在15～13MPa中间占65%，当综采工作面直接顶来压，两巷超前支护单体处于峰值，支护段根据观测得出阻力在16～18.9MPa中间占75%。通过以上技术参数对比，得出以下结论:使用单体液压支柱支护时，顶板下沉量平均值为0.6m，而使用超前液压支架时顶板下沉量仅为0.4m，大大降低了顶板下沉量，有效地控制顶板离层。液压单体工作阻力最大仅为18.9MPa，超前液压支架工作阻力可达30MPa，增大了对顶板的主动支撑力，同时减小了对底板的比压值，能够很好地保护底板。2使用超前液压支架支护的效果1)使用超前液压支架支护实现了综采工作面两巷超前支护自动化，由于超前液压支架操作机维护简单，从而减少了两巷超前支护工作的维护量对回采工作面推进速度的影响，提高了综采工作面回采效率。2)较液压单体支柱支护而言，使用超前液压支架支护减少了综采工作面超前支护维护工作量，降低了劳动强度，提高了生产效率。3)使用单体液压支柱支护，单体与巷道底板接触面小，容易造成单体钻底，造成单体回撤困难，使用超前液压支架支护，减少了工人在端头支护工作中所存在的安全隐患，保障了工人的生命安全。4)由于超前液压支架支护与顶板全面接触，极大地改善了综采工作面超前支护段的巷道顶板围岩条件，为工人提供宽敞工作空间，尤其是遇到综采工作面顶板较为破碎时，使用单体液压支柱支护，易造成工作面安全出口处顶板下沉量大，不仅制约了回采速度，同时给安全带来隐患，而使用超前液压支架支护极大地改善了综采工作面回采条件，能够很好地控制顶板，从而减少采煤工作面三角地段顶板冒顶事故。3结语综采工作面两巷超前支护使用液压支架支护，降低了工人劳动强度，提高了生产效率，对巷道支护安全和煤矿经济效益有很大的提高，随着科学技术的不断发展，超前液压支架将逐步取代单体液压支柱，并且将适用于大型综采设备的配套使用，具有广泛的推广应用前景。参考文献［1］王金安，焦申华，谢广祥.综放工作面开采速率对围岩应力环境影响的研究［J］.岩石力学与工程学报，2006(06):32－33.［2］倪兴华.苗素军综放工作面端头及顺槽超前液压支架支护技术［M］.北京:煤炭工业出版，2008(12):85－86.',)