沖擊地壓工作面巷道支架與單體支柱混合使用實踐

謝秀成 車本方 魯玉龍

（山東省七五生建煤礦，山東 濟寧 277699）

七五煤礦位于山東省濟寧微山縣歡城鎮、夏鎮和滕州市張汪鎮的交界處，開采標高-50～ -1000m。主采3上、3下煤層，經鑒定，3上煤層屬于強沖擊傾向性煤層，3上煤層頂板、底板、3下煤層頂板屬于弱沖擊傾向性煤層。

1 概況

3上213工作面開采3上煤層，具有強沖擊傾向性，根據沖擊地壓監測系統報告顯示如圖1所示（工作面現場安裝的KJ-551微震監測分析系統），從監測曲線來看，沖擊地壓顯現比較明顯。為保證工作面安全施工，按照防沖設計要求，工作面兩巷超前維護距離要達到60m以上，運輸巷因為轉載機安裝空間較大，無法使用巷道支架；軌道巷可以探討使用巷道支架。為此，對于軌道巷的維護，在工作面試生產期間提出了兩套支護方案充分對比后采用最優方案：一是提高工效，二是滿足現場工藝要求和防沖要求。

圖1 213工作面微震監測曲線

2 方案對比分析

2.1 超前支護方案

（1）因工作面運輸巷安裝橋式轉載機，使用單體支柱配合鉸接頂梁維護，不再改進。軌道巷也采用鉸接頂梁維護，兩巷中間一排距離20m，兩側兩排在60m以上，具體間排距按照作業規程中驗算進行實施。具體示意圖見圖2。

圖2 單體支護示意圖

（2）工作面運輸巷保持單體配合鉸接頂梁維護，軌道巷采用混合支護，里段使用巷道支架，外段使用單體配合鉸接頂梁支護。

2.2 方案比較

兩套方案按照安全程度、支護強度、工作強度、技術經濟比較四個方面進行比較，以支護強度、工作強度為主要指標進行選擇。

（1）安全程度：第一方案在作業過程中全部為單體支設，需要掛粱接頂，人工操作大，尤其是端頭回料時頂板壓力大，容易片幫傷人，安全隱患較大。

第二方案在作業過程中，仍然存在單體支設，但是回料區域超前到工作面20m以外，頂板壓力相對較小，隱患較弱，對于安全較為有利。

（2）支護強度對比：《3上213工作面作業規程》中兩巷支護參數要求如下：

兩巷所需支護強度：

錨桿和錨索支護強度：

單體所需支護強度：

第一方案：選擇懸浮式單體液壓支柱，類型和技術參數如表1所示。

表1 選用懸浮單體支護參數表

單體支護密度=586.5/280=2.1棵/m2。鉸接頂梁選用1.2m鉸接頂梁。

鐵鞋的直徑：

故所選鐵鞋Φ400mm符合要求。

第二方案：選用整組巷道支架與懸浮單體配合支護，自煤壁起往外20m為巷道支架支護，20m以外為兩排懸浮單體支護，符合規程規定。

巷道支架型號為ZTZL21000，工作阻力為7000kN，支護強度為0.61MPa，換算為610kN/m2，支護強度滿足要求。支架支護參數見表2，支護平面布置圖見圖3。

表2 支架支護參數表

圖3 巷道支架單體支護平面示意圖

兩套方案，支護強度均滿足要求。

（3）工作強度比較：第一方案為傳統的單體鉸接頂梁維護，工作面巷道高度在4.0m左右。在工作面推進中需要超前單體支設和端頭回柱兩個工序。

每個工序需要的人工：懸浮單體重量在100kg左右，需要2人以上協同作業，另外一人專職接頂或者拆卸水平銷及頂梁，共計需要3人。兩個工序分班順序作業，合計需要6人。

按照工作面每班推進4個循環計算，推進距離3.2m，按照3.6m計算，三排單體超前側需要支設9棵單體，端頭側需要回撤9棵單體，工作量為支撤18棵單體。

根據213工作面單產（工作面長120m，煤厚4.4m，循環進尺0.8m，膨脹系數按照1.2）計算，噸煤工耗約76t/工。

另外，在轉運支護材料方面，因超前維護距離60m，所以每個支護部件要轉運60m。

第二方案相對于第一方案，從圖3支護平面圖中可以看出，該方案主要工序：巷道支架逐架順序前移縮小架間間距→回撤巷道支架前方單體并前移最前排支架直至將間隙擴大到最大行程→前方超前支設單體。

該工序單體維護同方案一，但是因為減少了一排單體支護。根據工作量需要的人工，每班3人兩個班順序作業計6人，降低為一班平行作業計3人完成支護回撤兩個工序。

另外，在轉運支護材料方面，因超前維護距離降低為40m，所以每個支護部件要轉運40m，相比第一方案降低20m，降低了勞動強度。

（4）技術經濟比較

第一方案，軌道巷維護距離累計140m，1.2m鉸接頂梁，約117棵單體，懸浮單體租賃費用為5.5元每棵，軌道巷維護使用的單體一天租賃費用為643.5元，鉸接頂梁和鐵鞋租賃費用為3元每套，租賃費351元。以上兩項合計994.5元。按照四六制作業，投入人工24人，費用約4800元。（人工按照每班200元）。第一套方案總費用為5794.5元。

第二套方案，軌道巷維護距離分為單體維護80m（兩排），巷道支架維護20m。單體維護共使用單體67棵，租賃費368.5元，鉸接頂梁和鐵鞋租賃費用為3元每套，租賃費201元，兩項合計569.5元。巷道支架租賃費為每天每組300元，計3組共900元。以上兩項合計1469.5元。按照四六制作業，投入人工12人，費用約2400元（人工按照每班次200元）。第二套方案總費用為3869.5元。

對比可知，第二套方案優于第一套方案。

2.3 方案確定

綜合以上分析，最終確定為第二方案。工作面正式生產期間按照第二方案組織施工。

3 應用效果

3上213工作面軌道巷超前支護使用第二方案支護后，工作面單產仍然保持在每循環684t，每班用工減少3人，而且軌道巷維護期間，安全保障程度較高。通過現場調研，職工普遍接受并樂于使用巷道支架維護。

沖擊地壓條件下順槽采用混合支護方式，既避免了完全使用巷道支架反復升降對頂板二次破壞的頻次，又減小了勞動強度，提高了工作效率。該方式適合沖擊地壓礦井的加長超前維護。在今后的超前維護探索中，如何避免巷道支架的反復升降對頂板造成破壞將是繼續努力研究的方向。