綜采放頂煤工作面超前支護式液壓支架的應用及其效果

李　強

（陽泉煤業（集團）有限責任公司五礦，山西　陽泉　045209）

引言

某煤礦主采煤層平均厚度為6.5m，呈串珠形態分布，巷道采用錨網支護矩形斷面，采用綜采放頂煤技術進行作業，沿底部長臂方向掘進。對工作面地質構造進行勘察，可以發現距離煤層上方1.5m處，以及下方1.3m處，分布有結構形態穩定的夾石層，厚度分別為0.36m和0.42m。為保證工作面煤礦開采的高效、安全進行，決定采用超前支護式液壓支架對巷道進行支撐，具體應用過程和應用效果總結如下。

1　綜采放頂煤工作面傳統液壓支護方式的缺點

在綜采放頂煤工作面作業中，原有的井下巷道支護方式以單體液壓支架配合兀梁使用為主，雖然可以起到一定的支護作用，但是當井下作業環境比較特殊時，便會暴露出很多問題。首先，傳統液壓支架支護強度較低，無法滿足頂板壓力較大煤層的支護要求，并且單體支柱埋深較深，回撤難度較大。其次，作業效率較低，單體支柱回撤難度較大，往往需要耗費較差時間，這就會影響工作面的順利推進，煤炭開采效率較低[1]。另外，工人勞動強度較大，支架移動基本都是靠人力完成的，在持續作業過程中，要不斷移動支架位置，需要耗費大量人力。同時，成本較高，在設置、撤回單體液壓支架過程中，可能會因為操作失誤造成損傷，再加上較大頂板壓力的影響，使得支架更換比較頻發，耗費了大量資金。這些都是傳統液壓支架應用過程中所暴露出的缺陷和不足。

2　綜采放頂煤工作面超前支護式液壓支架的應用

超前支護式液壓支架是在傳統單體液壓支架配合兀梁進行支護的方法基礎上發展而來的，改變了傳統液壓支架固定特點的局限性，適應矩形或位于超前支護段受壓由拱形變為矩形需替棚巷道支護。圖1為一種新型的履帶式超前支護式液壓支架。

圖1　履帶式超前支護式液壓支架

2.1　支架組成

通過對井下環境及作業條件進行調查、分析，該煤礦決定選用型號為ZT2×3200/16/32的超前支護式液壓支架，其主要組成包括金屬構件、液壓系統兩部分，其中金屬構件主要包括頂梁底座、前后連桿、掩護梁、中間梁和護壁板等，液壓系統主要是由立柱、移架千斤頂、放倒千斤頂、液壓控制元件、液壓輔助元件等幾部分組成[2]。

2.2　支架設置

超前支護式液壓支架的設置位置，選在綜采放頂煤工作面的上下出口處，利用兩邊立柱對其進行掩護。同時，為提高支架的支護能力和支護強度，實現更為理想的支護效果，在支架頂梁兩端的內表面和外表面，都分別增設了一塊護頂板，并且沿支架頂梁中心線位置呈左右對稱分布，護頂板具有較強的適用能力，能夠滿足不同作業面巷道的支護需求，具有較強的載荷能力，可以實現對壓力較大頂板的良好支撐。

2.3　上出口支架設置

在作業面上出口處設置超前支護式液壓支架時，主要是對上順槽進行分析。在該煤礦中，由4根推移千斤頂提供動力，使支架呈互相推拉狀態，隨著開采進度向前推進，實現對頂板的良好支撐。采用該方式設置超前支護式液壓支架，當其使用性能良好，并且處于運行過程中時，便可以實現對推移油缸的回收。在跟隨作業進度移動支架時，需要先將支架放置作業面地面上，這樣一來，下方的支架便會在推移油缸的驅動作用下向前移動。需要注意的是，要根據支架移動需求，控制好其前移的距離，確保其移動位置的合理性，才可使前支架上升至頂板位置，對其進行支撐。當前支架移動到最佳位置后，后支架也需隨之做出調整，此時應先收回推移油缸，以一個步距為標準，使后支架向前進行移動，然后再使后支架上移接觸頂板，發揮其支護作用[3]。

2.4　下出口支架設置

在將超前支護式液壓支架設置在下出口位置時，所采用的形式為轉載機中置式。實際操作過程中，先將推移千斤頂安裝在支架兩端，內外兩側各有一根，呈對稱狀分布，再借助推移接頭，將其與轉載機連接到一起，此時，轉載機通過驅動推移千斤頂，使支點位置發生變化，使整個支架系統始終保持穩定狀態，進而實現超前支護式液壓支架的前移，同時，還可以帶動轉載機移動。當支架處于工作狀態時，會對巷道頂板起到有力支撐，此時推移油缸可以隨時加以回收。根據作業面進度向前移動轉載機時，推移油缸的內部結構的工作方式會發生變化，活柱會被拉出，帶動轉載機前移。當轉載機到達合適位置時，使前支架下落至地面，做出相應的位置調整，然后再上升至頂板位置，支撐頂板保持良好穩定性，此時，便標志著超前支護式液壓支架一次推移操作的完成。如果煤層對頂板施加的載荷較大，在推移支架時，應采用帶壓移架方式，提高支架的整體支撐力，進而實現更加理想的支護效果。

3　綜采放頂煤工作面超前支護式液壓支架的應用效果

3.1　應用優勢

將其應用于綜采放頂煤工作面中，能夠根據煤礦開采作業的持續推進自由移動，不會對煤礦開采進度造成影響，井下作業效率加高，并且具有較高的支護強度，能夠對巷道起到有力的支撐作用，滿足頂板壓力較大煤層的支護需求，在推移支架過程中，圍巖結構形態不會出現較大變化，避免了頂板事故的發生。同時，支架的機械化和自動化水平較高，操作比較方便，僅用少量操作人員加以控制即可，減少了人力資源成本，還可以降低煤礦開采人員的工作強度。另外，在支架設置、移動過程中，不會出現嚴重磨損，可長期投入使用，能夠降低作業成本，經初步估算得知，在使用超前支護式液壓支架后，該煤礦每年所節省的人力資源及材料資源成本大于在40萬元左右。

3.2　存在問題

在實際應用過程中，發現超前支護式支架也存在一些問題。第一，推移千斤頂以損壞，推移千斤頂鉸接頭間隙較小，只能在軸向垂直面上旋轉，在推移過程中，往往因為不在統一條之間上，而出現損壞問題，所以，在實際使用時，可以將連接頭改為萬向鉸接。第二，支架運輸困難。超前支護式液壓支架結構和質量較大，往往需要先進行解體，在進入巷道后再組裝到一起，影響了工作進度，所以，在設計支架式，應優化結構，以減小其尺寸大小，并選用高強度鋼板，減輕質量，方便支架運輸。

4　結語

將超前支護式液壓支架應用于綜采放頂煤工作面中，能夠改善傳統支護方式的眾多缺陷問題，不僅可以提高支護強度和巷道安全性，而且還具有較高的機械化和自動化水平，提高了作業效率，降低了工作人員勞動強度，同時還能節約大量人力成本和材料成本，經濟效益良好。在綜采放頂煤工作面設置超前支護式液壓支架的時候，需要結合其結構特點及組成，將各個部件進行依次連接，并按照規范操作流程對其加以使用，才能發揮其應用優勢，實現更加理想的支護效果。

[1]馮云貴.超前支護式液壓支架在綜采放頂煤工作面的應用[J].機械管理開發，2016（4）：51-52.

[2]李小沫.超前支護式液壓支架在綜采放頂煤工作面的應用[J].中國高新技術企業，2015（2）：160-161.

[3]盧強.超前支護式液壓支架在綜采放頂煤工作面的試用[J].工程技術（文摘版），2016（6）：319.