煤礦大采高沿空留巷巷旁支護裝置的設計

常 柱

（潞安集團常村煤礦， 山西 長治 046000）

引言

目前，我國大部分礦區都已經引入及應用了沿空留巷技術，尤其是近些年來柔模泵柱混凝土沿空留巷技術的成功運用，為沿空留巷技術提供了大量的實踐經驗。但是對于其巷旁支護，大部分礦井依舊采取了以往的單體立柱，施工程序較為復雜、材料損耗較大、成本過大，需要花費較多的人力，對沿空留巷技術的應用效率造成了抑制，存在較大的風險問題。常村礦井S5-16 作業面具有厚度為6.6 m 的煤層，其回采作業采取了大采高技術，該過程中軌道巷所運用的工藝為柔模泵柱混凝土沿空留巷技術，在留巷的實際應用中，巷旁區域支護效果不好，出現了嚴重的變形。為了對巷旁支護的問題進行有效解決，本文依據實際狀況針對沿空留巷空區設計出了有效的巷旁支護設備，并研發了電控系統，最后對其應用效果進行了介紹[1-2]。

1 巷旁支護裝置結構的研制

為了確保該支護裝置可以對頂板巖層發揮較好的支護效果，極大緩解隔離墻體在施工初期所受的應力，支護裝置的結構應當滿足下列幾點要求：

1）該裝置應當設置于巷道充填體之外的采空區，安放區域較為狹窄，頂梁不能設置較大的寬帶，其結構應設計為窄型；

2）為了確保巷旁的充填體得到長期有效的保護，頂梁必須維持較長的結構，以擴大頂板與頂梁之間的接觸面積；

3）在澆筑充填體的初期，其不具備較大的強度，在強度達到相關要求之前，該支護裝置應當對巷道頂板進行持續支護，因此該支護裝置應當設置為平列形式，以確保其中一架產生移動時，另一架繼續支護巷道的頂板。

根據以上的分析，與沿空留巷的實際工藝相結合，將該支護裝置的結構設定為雙列多節的窄型分體式。

根據以上的分析與S5-16 作業面中沿空留巷所具有的地質狀況相結合，研發出了ZCZ4×4200/22/40/D 型分體式的支護裝置，詳見圖1，核心技術的參數見表1。

圖1 ZCZ4×4200/22/40/D 型巷旁支護裝置

表1 核心技術參數

2 巷旁支護裝置的布置方式

該支護裝置的設置形式詳見下頁圖2。一組包含了四個分體式支護裝置，其形式呈現為1 號、2 號相并列，3 號與4 號相并列，前排設置的支護裝置與作業面支架之間主要利用推移千斤頂來進行連接，以實現邁步式前移，同一排的支護裝置利用防倒千斤頂來建立連接。成組巷旁的支護裝置具有較多的優勢，如強度較大、結構較完善等，可以迅速實現升降推移，交互前進，滿足巷旁支護的相關要求。

3 巷旁支護裝置電液控制系統的設計

該支護裝置大多處于作業面支架的后部、充填體外側的采空區內，由于采空區內部出現了漏矸的問題，存在較大的風險隱患，現場人員不適合進入。為了有助于現場人員開展操作，同時縮小空頂的時間、加強支護裝置的升降等，本文針對該支護裝置中電液控制系統進行了研發，以實現支護裝置的遙控及有線的控制。電液控制系統的工作原理如圖3 所示[3-5]。

圖2 巷旁支護裝置布置方式

圖3 巷旁支護裝置電液控制系統原理

3.1 遠程有線控制及本架電液控制

電液控制系統的構成主要包含了電控機構、信息傳輸體系。電控單元主要由人機交互、電源箱、控制裝置等組成。為了實現有線的遠程控制，該電控系統內安裝了兩個人機交互頁面，兩個頁面相互串聯，一個設置在支護裝置中，另一個設置在人員作業的安全區域之內。當實施控制的時候，操作人員可以利用遠程人機交互頁面來輸出信號，利用電磁先導閥來轉換相關的信號，經過轉換的液壓信號再利用各個閥體控制支架來開展作業。處于這種控制模式之下，可極大地確保操作人員的安全，同時迅速有效的控制支架。當遇見特殊狀況時，操作人員可以利用支架來操作人機交互頁面，以有效控制本架的電液系統。

3.2 遠程遙控控制

為了有助于進一步操作，在該支護裝置的電液控制系統內設置了無線遠程遙控單元，系統安裝的發射裝置是多功能遠程遙控器，其接收裝置大多處于該支護裝置的控制器內，工作人員可以在沿空留巷100 m 的區域之內利用遙控器來控制該支護裝置。通過控制器下發指令，運用紅外無線信號的方式來將其傳輸到接收器之內，支護裝置的控制器在接收到信號之后開展詳細分析，并借助多功能的換向閥來轉化信號，從而針對各個閥體所下發的指令來實施各種動作。

無線遠程控制系統可以為操作人員提供充足的自由活動的井下區域，人員可以依據沿空留巷所具有的實際操作空間來設置最有效的位置開展作業，同時確保人員可以對支護裝置在控制階段發揮的效果加以觀察，以做出適當的調整[6-8]。

4 巷旁支護裝置應用效果

ZCZ4×4200/22/40/D 型分體式巷旁支護裝置已經成功運用到S5-16 作業面柔?；炷裂乜樟粝镏?，目前已基本成巷。在施工階段，作業面的成巷速度也得到了極大提升，在成巷之后的10 d 之內，隔離墻體一端的頂板會出現345 mm 的沉降量，隔離墻體具有較好的凝固效果，其鼓出量最大為285 mm，整個留巷期間沒有發生穿底及墻體失穩的問題，巷旁一側圍巖發生的變形問題也得到了控制，其變形的曲線如圖4 所示。

圖4 隔離墻體一側巷道圍巖變形曲線

5 結論

1）與S5-16 作業面中沿空留巷所具有的地質條件相結合，針對該支護裝置所具有的結構特點進行分析，明確其結構為窄型分體式，設計出了ZCZ4×4200/22/40/D 型支護裝置，并給出了技術的核心參數、結構特點及其設置形式；

2）針對該支護裝置研發出有效的電液控制系統，并對該裝置的遙控及有線控制設計出有效的方案，該系統較為簡便有效，可以滿足支護裝置的各個控制要求，并與綜采作業面完成同步的自動控制；

3）通過大量的實踐可知，ZCZ4×4200/22/40/D型窄型分體式巷旁支護裝置在投入使用之后，隔離墻體及其一側頂板所發生的變形狀況得到控制，取得了較好的凝固效果，從而使巷旁得到迅速有效的支護。