超前支護技術在礦區綜采工作面的發展探究

范永剛

摘 要：伴隨著我國煤礦產業的不斷發展，礦區綜采工作面的一些問題日益凸顯出來，其中主要的問題就是超前巷道的支護問題，這直接關系著支護體系的整體功效。該文重點針對超前支護技術的發展進行了論述，并從超前壓力分布規律、支護參數確定及架型等幾方面對超前支護技術和理論現狀進行了分析，同時還提出了大型復雜礦區超前支護技術今后的發展趨勢。

關鍵詞：綜采工作面；超前支護；技術與裝備；發展趨勢

礦區的工作環境本身就比較復雜，超前巷道圍巖在采煤工作面采動影響下會承受較大的支撐壓力，并且其中所包含的設備數量多，是行人、通風機運輸的關鍵部位，在維護與管理工作上有一定的困難。基于此，綜采工作面端頭與超前順槽的重要性十分明顯，所以要對采煤工作面所有安全出口與巷道連接處超前壓力影響范圍內必須加強支護。新世紀為適應超前巷道變化對支護提出的新挑戰，超前支護技術得到了較大發展，但超前支架技術和理論仍不能完全適應綜采技術的發展。

一、超前順槽和支護型式的發展

礦區工作面在回采的過程中會不斷擴大采空區面積，其中上覆巖層的質量會逐漸向著四周的煤巖體深處移動，這就會增加工作面前方的超前支撐壓力，同時在兩側也會形成側向支承壓力。工作面的前方運輸巷及回風巷會受到來自工作面超前支承壓力及側向支撐壓力的影響，巷道變形量大、破壞嚴重，需要采取加強支護和卸壓措施以防治巷道過度變形，保證工作面的安全回采。綜采工作面超前支護的方式主要是在巷道掘進施工的錨索、錨桿、金屬網、鋼帶和鋼筋梯等聯合支護的基礎上，采用單體支護、U 形鋼支架、工字鋼金屬支架、金屬頂梁和木頂梁等支護形式[2]。

二、超前壓力分布規律研究

一般礦區煤層在實施采掘之后，采場圍巖中的煤體應力就需要進行再次分布，這樣會在工作面的前方形成一個支撐壓力，一般普遍見到的分布形式主要有三種，即塑性區、高壓區及穩壓區。距離煤壁最近的煤體會在單向受力狀態下受到損壞而失去支撐能力，成為塑性區，將支撐壓向著煤體深處移動。采動支承應力特別是超前支承應力變化規律不但與工作面埋深、基本頂厚度以及直接頂厚度和硬度等因素有關，而且隨著工作面的推進呈動態變化。

三、支護參數確定

（一） 超前距離測定方法

不管是針對于單體支護還是超前液壓支架，在進行支護距離確定時要根據相關規定將距離保持在規定范圍內，而針對壓力明顯或開采條件較為嚴苛的煤層，可以采用理論分析即框壓觀測方法進行研究。巷道超前支護距離確定是要結合超前支承壓力及巷道變形情況而定。有關人員對某礦井綜采工作面超前支承壓力進行了觀測分析，采用煤幫安設鉆孔油壓枕的方式。

（二）超前支護強度參數確定

在對超前支架受力進行分析時，可以利用普氏免壓拱理論進行，是保證支架的阻力能夠承受直接頂巖層的重量，對圍巖應力狀態可以做出適當的調整，確保直接頂巖層具有一定的自撐能力。將支架設計成變形工作狀態，以上臨界點開始超前支護，到下臨界點前必須達到恒阻狀態，而其總可縮量應與基本頂自上臨界點到工作面的累積下沉量相對應。

四、超前液壓支架架型發展

目前，我國多數礦區所使用的超前液壓支架還處于初期發展階段，與工作面支架相比還有很多不足之處有待提升。隨著社會科學技術的不斷發展，不管是煤炭生產企業、支架制造單位還是設計研究機構都在進行不斷的研究創新，并研發了各種原理型式，但綜采工作面所用液壓支架演變出來的四連桿型式的超前液壓支架為主。

五、超前支護技術發展趨勢

隨著社會及礦區產業的不斷發展，傳統的支護技術已經無法滿足礦區超前巷道及大型復雜斷面超前巷道的維護與管理需求。現階段，單體支柱超前支護方式憑借著自身獨有的靈活性、配套頂梁等結構形式，非常適用于礦井條件和開采方式多樣性局勢下，有很大的發展空間。

（一）通過相關的礦區安全規定可以看出，針對不同條件下進行煤礦開采時對超前支護距離以及支護形式都沒有做出明確的規定，而隨著不斷出現的復雜巷道，規定中所提到的要保證在二十米以上這一規定更具有局限性。對于實際的支護型式及參數沒有進行明確要求，需要根據礦井條件具體分析。

（二） 礦區綜采工作面在每進行一次步距移動時，就會帶動順槽超前液壓支架移動，在移動過程中需要對支架進行升降操作，并在支護部位的頂板形成有序的反復支撐，這會在一定程度上損壞到頂板的完整性，也使下面操作的工人受碎塊粉塵的威脅，因此需要研究協調“支”與“護”的關系，減少負面影響。

（三） 實際上，任何技術在使用過程中都會存在各種各樣的問題，當前在礦區超前巷道所使用的超前支護技術也是如此，因此需要對其進行全面的改善和調整。一般超前支架多用于大巷道斷面中，在高度上十分突出，而超前巷道受大量設備、行人及運輸通道的限制，多是“高”和“窄”形設計，造成穩定性較差，架型結構和穩定性同樣是亟需攻關課題。

六、 結語

我國的煤礦資源在世界上一直名列前茅，煤礦資源是實現我國社會經濟及人們生活水平提升的重要條件。現階段，我國煤礦開采發展過程中，提升煤礦開采的機械化、自動化程度有著非常重要的作用。超前液壓支護技術可以在不同的環境中使用，非常適應煤炭開發形勢，有效保障了煤炭安全高效生產。

參考文獻：

[1]翟桂武.大采高綜采面順槽超前支護支架及其應用[J].煤炭工程，2008，40（7）：29-30.

[2]王悅勇，魏棟梁，張 蘋.綜采工作面運輸巷超前支護設備的設計[J].礦山機械，2011，39（12）：20-22.