采煤工作面沿空巷道無反復支撐超前支護技術

竇道達

摘 要：當前，煤炭行業技術水平不斷發展，煤炭開采技術和裝備、煤炭資源變化也呈現出新的特點。為了提高采煤工作面沿空巷道超前支護區域的巷道維護與管理水平，本文分析對比傳統超前支護的利弊，提出無反復支撐超前支護技術的應用。

關鍵詞：采煤工作面；沿空巷道；無反復支撐；超前支護

近年來，我國煤炭工業得到快速發展，煤礦開采深度不斷增加，東部礦區出現大量千米深井，西部礦區采深也逐年增加，采深增加導致大量條件復雜巷道出現，如深部高地應力巷道、受強烈動壓影響巷道等；煤礦開采強度的不斷增加，工作面配套設備功率、體積越來越大，巷道斷面尺寸不斷增加；機械化、自動化設備的推廣應用使得工作面推進速度越來越快，周期來壓步距越來越大。這些因素直接導致布置于采空區一側的巷道圍巖受采動影響破壞范圍廣、壓力大、變形嚴重，如何提高沿空巷道超前支護區域的維護與管理水平已經成為許多現代化礦井的難題。

一、常用超前支護技術優缺點

1、傳統超前支護方式有木支柱、木垛、鋼梁、單體配鉸梁等，這些超前支護方式在我國煤礦發展進程中都有大量應用，尤其是單體配鉸梁的超前支護方式目前也有廣泛使用。隨著科學技術的快速進步，這些超前支護方式已與現代化的安全高效礦井不相匹配，甚至不能滿足現代化礦井超前支護的需要。在我國煤炭工業發展初期，木支柱、木垛是我國煤炭開采井下支護的主要手段，但木支柱、木垛回收比較困難，大部分為一次性使用，對木材消耗量巨大，國內煤礦已很少使用。單體配鉸梁超前支護作為一種環保型的小型支護設備，因其體積小、重量輕、支護可靠、使用和維修方便、綜合成本低，目前在超前支護中還有大量使用。但對于采動影響范圍廣、距離長、壓力大的沿空巷道，單體配鉸梁支護方式從支護強度、高度、速度、自動化程度、可操作性、安全性、可靠性等方面都不能適應。

2、目前國內技術成熟、常用的超前液壓支架結構形式有：左右兩列交替邁步自移式超前支架、前后順序整體自移式超前支架等，其中左右兩列式應用最多、最廣。超前液壓支架作為一種現代化的支護設備具有以下優勢：接底接頂面積大整體性好，工作阻力大、支護強度高，能夠有效控制巷道圍巖變形，使巷道保持穩定安全狀態，有效杜絕頂板事故的發生。超前支架替代單體配鉸梁是傳統超前支護方式的重大進步，超前支架安全可靠、操作方便、移架速度快，實現了工作面超前支護的機械化和自動化，有效提高了工作效率，滿足了工作面快速推進的需要。

常用超前液壓支架與單體配鉸梁的支護方式相比有了很大進步，但因其支護原理上存在不可避免的缺陷，常用超前液壓支架的共同特點是成組整體向前移動，這種移架方式的最大缺點是整個超前支護區域內的超前支架每移動一個步距，所有超前支架均需完成降架、移架、升架一個動作循環，頂梁接觸區域降架時卸載，升架時加載，如此高頻率的反復支撐會嚴重破壞巷道頂板與錨網索支護系統，當巷道頂板與錨網索支撐壓力拱被破壞后，會出現漏頂、冒頂等事故，嚴重時會影響超前支架的移動。別外，常用超前支架支護能力有限，兩列式超前支架因其支護原理與結構限制，立柱數量和缸徑的增加空間有限，對于整體成組移動的超前支護系統，在沿空巷道長距離超前支護中使用會遇到許多困難。

二、無反復支撐超前支護技術

無反復支撐超前支護技術吸納了單體配鉸梁超前支護與液壓支架的優點，其具有支撐能力大、適應性強、對巷道原有支護系統沒有反復支撐的優點。尤其是對于采動影響范圍廣、壓力大、變形嚴重的沿空巷道，其適應性更強、可靠性更高。

1、超前支護單元，對于采動影響范圍廣、壓力大、變形嚴重的沿空巷道超前支護，必須選用支撐能力大、可靠性高的液壓支架支護單元，并且應用液壓支架實現與采動影響范圍相適應的長距離超前支護。液壓支架超前支護單元可布置2根立柱、3根立柱或4根立柱。立柱數量根據巷道壓力、變形與支架穩定性需求確定。液壓支架超前支護單元穩定機構可以根據巷道壓力、變形與超前支架的運移方式確定，可以采用伸縮桿式機構、四連桿機構、單擺桿機構，為了提高超前支架的靈活性和伸縮比，也可以采用立柱與底座一體式穩定方式。

2、超前支護單元運移方式，無反復支撐超前支護最關鍵的技術是尾部支護單元向首部運移的方法。運移的方法可分為空中運輸和地面運輸，空中運輸首推單軌吊運輸，軌道可安裝在巷道中部頂板錨桿上，或安裝在巷道兩側超前支護單元之間架設的支撐梁上。單軌吊運輸不受巷道底鼓、積水、起伏等影響，占用空間小、運輸效率高、安全可靠，缺點是操作過程復雜。地面運輸有膠輪車運輸、履帶車運輸、鉸車拉移等，地面運輸方式受巷道條件影響較多，占用空間大、效率低、安全性差。

3、超前支護單元尾部移動與首部擺放，無論哪種運移方式都必須把尾部超前支架移動到巷道中部，把移動到首部的超前支護單元擺放在巷道中心線兩側的合理位置，完成這個工序必須使用巷道超前自移式支撐吊裝機，巷道超前自移式支撐吊裝機。超前支護系統尾部和首部巷道中心線兩側各布置一臺吊裝機，尾部吊裝機完成起吊尾部超前支護單元到巷道中部工序，首部吊裝機完成把從尾部運移到首部的超前支護單元擺放到巷道中心線兩側。自移式吊裝機在實現起吊功能的同時也可對巷道頂板進行有效支護，吊裝機主要由起吊支架、錨固支架、推拉千斤頂、導向限位桿組成。在起吊過程中起吊支架頂梁支撐巷道頂板，支護頂板的同時也為起吊機構配重，提高起吊可靠性；起吊支架中的起吊機構可旋轉、上下擺動，伸縮式吊臂增加了起吊機構的活動范圍；錨固支架與起吊支架互為支點可向前或向后自主移動，導向限位桿提高了其移動路線的精確性，兩根推拉千斤頂增強了移架能力和移動過程中的靈活性。

三、無反復支撐超前支護技術發展的必然性

煤礦安全規程中沒有規定超前支護方式，只規定超前支護長度不得小于20m。但近幾年，許多煤礦的超前支護長度已遠遠超過20m，最長達到200m甚至更長，長距離超前支護遇到的困難越來越多，原因如下：1）隨著我國煤炭工業的快速發展，工作面采煤強度不斷增加，工作面配套設備功率、體積越來越大。為了設備運輸、通風等，巷道斷面尺寸不斷增加，目前國內巷道最大寬度已超過6m，高度已超過4.5m。2）隨著煤礦開采深度的不斷增加，東部礦區出現大量千米深井，西部礦區采深也逐年增加，采深增加導致大量條件復雜巷道出現，如深部高地應力巷道、受強烈動壓影響巷道等，這些條件復雜巷道的共同特點是圍巖變形強烈、破壞范圍廣。3）工作面長度和采高越來越大，工作面長度已從最長300m左右發展到最長已達450m。一次采全高工作面最大采高已達到7m以上，放頂煤工作面一次采全高厚度達到20m以上。4）隨著采煤工作面機械化、自動化、智能化大功率采煤設備的成功應用，工作面推進速度也越來越快，推進速度越快周期來壓步距越大，直接導致采動影響劇烈。5）為了提高資源回收率，許多煤礦為隔離采空區而留設的保護煤柱寬度最小只有2～3m。對于長距離超前支護，傳統的支護方式已不能滿足，常用的超前支架其致命缺陷制約了其應用范圍，超前支護距離越長反復支撐次數越多，對巷道原有支護系統的破壞越嚴重對于采動影響范圍廣、壓力大、巷道變形嚴重的長距離超前支護最可靠的支護手段是無反復支撐超前支護系統。

四、結語

綜上所述，在工作面沿空巷道及長距離超前支護環境下，采用無反復支撐超前支護技術能提高效率，節約資源，適應煤炭開發的形勢，更能保障煤炭安全高效生產。

參考文獻

[1]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，2016，337（22）：165-167.

[2]孟峰.綜采工作面超前支護技術現狀及發展[J]，礦山機械，2017，42（08）：1-5.

（作者單位：淮南礦業集團張集煤礦職工培訓中心）