深井綜放工作面超前支護(hù)液壓支架應(yīng)用及分析

胡少東

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝礦綜合管理區(qū)， 山西 大同 037000）

引言

為提高煤礦的開采效率和開采安全性，礦井中也使用了各式各樣的先進(jìn)技術(shù)，其中單體柱支護(hù)的支護(hù)效果逐漸跟不上開采效率。因此，開始使用其他支護(hù)方式的液壓支架來替代。液壓支架的類型一般有支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式、整體自移式、邁步移動(dòng)式和各種支護(hù)類型[1-3]的支架，這些結(jié)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)。在煤礦開采中，巷道的掘進(jìn)會(huì)引起較大的圍巖變形，如果支護(hù)措施沒做好，圍巖變形可能導(dǎo)致隧道塌方，引起安全事故，所以，一般使用超前支護(hù)液壓支架來控制圍巖變形，從而達(dá)到安全開采的目的。

1 綜放工作面概況

在巷道掘進(jìn)時(shí)留下的資料顯示，某大型煤礦的綜放工作面的一個(gè)煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其不穩(wěn)定，不同地方的煤層厚度也各不相同，其中煤層厚度最薄只是0.48m、最厚的有6.03 m，平均煤層厚度在4.62 m。該綜放工作面有上下兩巷，總共有1 601 m，煤層巷道沿底板方向掘進(jìn)，寬4.1 m、高3.5 m，用于工作人員的出行以及材料運(yùn)輸，該工作面之前在上下兩巷采用單體支護(hù)的方式，部分地方采用超前支護(hù)的方式，但由于開采過程巷道圍巖變形量加大[4]，不穩(wěn)定，為避免出現(xiàn)安全隱患，對(duì)上下兩巷采用更多的超前支護(hù)的方式，保證后期開采工作正常進(jìn)行。

2 超前支護(hù)液壓支架分析

2.1 支護(hù)技術(shù)的發(fā)展

早期的支護(hù)方式多以木支護(hù)為主，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的支護(hù)穩(wěn)定效果，后來發(fā)展出了單體的液壓支護(hù)方式，支護(hù)的穩(wěn)定程度得到大大提升，到20 世紀(jì)90 年代時(shí)，液壓支架的種類顯著增多，支護(hù)方面的性能及穩(wěn)定方面也得到了巨大的提高，但國內(nèi)的支護(hù)技術(shù)相比于國際來說仍處于落后的水平[5-6]。截止目前為止，我國煤礦支護(hù)技術(shù)逐漸居于世界先進(jìn)水平，開發(fā)出了許多不同性能的支架類型。其中最主要的就是超前支護(hù)液壓支架技術(shù)。

超前支護(hù)液壓支架是基于一般的單體的液壓支柱進(jìn)行改造，再加上鉸接頂梁技術(shù)[10]發(fā)展而來。相比于普通的單體柱支護(hù)，超前支護(hù)液壓支架在支護(hù)過程中有著顯著的優(yōu)勢，具體優(yōu)勢如下：

1）在支護(hù)強(qiáng)度上有較大改善，能適應(yīng)多種壓力下的支護(hù)要求。

2）操作簡單，無須專業(yè)人員操縱，降低了人工成本的同時(shí)也減少了工人的工作強(qiáng)度，能解放出更多的勞動(dòng)力。

3）支架的搭建十分簡單，磨損問題大大減少，降低了機(jī)器維修和更換的次數(shù)，節(jié)省了機(jī)器成本。目前使用最多的是四連桿型超前支護(hù)液壓支架。

2.2 超前支護(hù)液壓支架的組成

礦井中使用最多的四連桿型超前支護(hù)液壓支架如圖1 所示,該液壓支架一般由頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、千斤頂以及其他各種輔助元件組成。

圖1 超前支護(hù)液壓支架圖

為了滿足巷道中人員出行以及運(yùn)輸通行的要求,分別在左右兩邊各設(shè)計(jì)一個(gè)頂梁來組成整個(gè)超前支護(hù)支架的頂梁，兩邊的頂梁都要用千斤頂聯(lián)接,以此來保證支架的穩(wěn)定性。在頂梁的里外都可以安裝可活動(dòng)的側(cè)護(hù)板用來防護(hù)，依據(jù)巷道的寬度大小來調(diào)整超前支護(hù)的寬度。如果要加長對(duì)頂板的防護(hù)距離，可以在頂梁的前后位置安裝伸縮梁來延長支護(hù)長度。超前支護(hù)支架的底座設(shè)計(jì)為分體式設(shè)計(jì)[7]，巷道中的輸送裝置可以布置在兩邊的底座之間，用耳座將千斤頂與轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行連接。由于底座和轉(zhuǎn)載機(jī)互相支撐，可以通過移動(dòng)千斤頂來實(shí)現(xiàn)支架的移動(dòng)。支架的四連柱結(jié)構(gòu)是將斜梁在前后連桿的作用下與支架底座相連接，極大提高了支架穩(wěn)定性。

2.3 設(shè)計(jì)方案

通常情況下是在工作面中放置三組一共六架超前支護(hù)液壓支架。為了防止機(jī)器觸碰到工作面兩邊的支架。所以，工作面中擺放超前支護(hù)液壓支架的方向與一般液壓支架的方向相反。采用三組支架級(jí)聯(lián)的方式連接，一組長度7.3 m，與頂板距離0.15 m，三組支架連接的總長度控制在22.2 m。支護(hù)效果方案如圖2所示。

圖2 支架設(shè)計(jì)方案圖

由于開采工作的不斷進(jìn)行，工作面在不斷推進(jìn)，支架也要向前移動(dòng)。移動(dòng)時(shí)需要先將第一組支架的前梁收回，頂梁下降高度220～450 mm，然后將支架的前后油缸移動(dòng)1 700 mm 的距離，然后升高支架進(jìn)行支撐，再次將前梁展開，之后的兩組重復(fù)前面的操作。移動(dòng)方式如圖3 所示。

圖3 支架移動(dòng)方式

3 應(yīng)用效果分析

將設(shè)計(jì)方案運(yùn)用后，對(duì)巷道位移量進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果如圖4 所示，隨著開采過程的進(jìn)行，綜放工作面的上下兩巷的頂板位移量和兩幫位移量在逐漸增大，頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，而兩幫出現(xiàn)幫鼓現(xiàn)象。結(jié)果進(jìn)一步顯示，離開采面的距離越遠(yuǎn)，巷道表現(xiàn)出來的穩(wěn)定性越好，越靠近工作面，巷道穩(wěn)定性越差，變形效果加劇。但整體變現(xiàn)出來的效果優(yōu)于單體柱支護(hù)。單體柱一般需要多個(gè)工序配合進(jìn)行支架拆卸和移動(dòng)，還存在定期檢查、油液補(bǔ)充、穩(wěn)定性加固等問題，耗費(fèi)極多的資源，采用超前支護(hù)方式極大解決了這些問題。降低了工作強(qiáng)度，提高了工作效率。

圖4 巷道位移量監(jiān)測圖

4 結(jié)論

1）相比于傳統(tǒng)支護(hù)方式，超前支護(hù)液壓支架的支護(hù)效果好，支撐力較大，能夠?qū)鷰r的變形量有較好的控制，而且能適應(yīng)多種條件下的支護(hù)情況。

2）單體柱支護(hù)需要大量人員進(jìn)行維護(hù)，占用許多人力資源，增加了人員工作強(qiáng)度，提高了物料成本。而超前支護(hù)液壓支架占用資源少，節(jié)約了人力以及材料成本，方便維修處理，提高了生產(chǎn)效率。

3）雖然超前支護(hù)液壓支架的優(yōu)點(diǎn)很多，但也有一些缺點(diǎn)，比如關(guān)于千斤頂?shù)氖褂脝栴}，移動(dòng)過程需要小心處理，不能強(qiáng)行推移，要保證千斤頂能正常使用。