液壓伸縮梁鋼棚在回采應力區中應用

王 軍

（山西潞安集團蒲縣新良友煤業有限公司，山西 臨汾 041200）

1 概述

山西潞安集團蒲縣新良友煤業有限公司11101綜采工作面為一采區首采工作面，上覆為3#煤層采空區，位于副斜井落底以北、3#聯絡巷以南、北軌道大巷以東、井田邊界以西90 m，東部為實體煤。11101 綜采工作面傾向長度170 m，走向長度739 m，工作面開采太原組下段11#煤層，煤層賦存較穩定，平均厚2.8 m，含2～3 層夾矸，煤層傾角0°～17°，煤層普氏硬度1～1.5，夾矸1～2，直接頂2～4，直接底2～4。11101 綜采工作面采用傾斜長壁式布置，順槽采用一進一回，U 型布置，運輸順槽和回風順槽均沿煤層頂板布置，按由東向西的方向進行推采，停采線位于兩順槽車場以里15 m 處。

2 工作面回采現狀及問題分析

2.1 回采現狀

11101 綜采工作面采用綜合機械化回采工藝，已回采至410 m 處，在392 m 處位于機尾處揭露逆斷層F2，斷層落差為2.2 m，傾角為42°，斷層斜角與工作面斜交57°，斷層延伸至工作面長度42 m，對工作面回采影響長度為74 m，如圖1 所示。由于斷層侵入煤體后產生應力破壞作用，工作面回采至395 m 處時，在構造應力以及回采應力等作用下，回采順槽出現應力顯現現象，主要表現在頂板破碎、兩幫收斂以及底板鼓起。當工作面回采至400 m 處時回風順槽斷面不足設計斷面的85%。

圖1 11101 工作面及F2 斷層平面布置示意圖

2.2 回風順槽應力區加強支護措施

為了控制回風順槽應力區圍巖變形，工作面回采至400 m 處時對回風順槽頂板施工工字鋼錨索吊棚進行加強支護。回風順槽設計斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道頂板施工的吊棚長度為4.2 m，鋼梁采用11#工字鋼梁，寬度為0.11 m，鋼梁腰部均勻布置三個錨索支護孔，孔間距為1.8 m，錨索采用長度為5.0 m、直徑為21.8 mm 預應力鋼絞線。錨索吊棚垂直巷道布置，布置排距為1.5 m。

為進一步提高頂板穩定性，原回風順槽超前應力區內支設兩排液壓單體柱，現增加至三排，單體柱排距為1.5 m，間距為1.0 m。

2.3 支護現狀

回風順槽應力區施工錨索吊棚后工作面繼續回采，通過對錨索吊棚支護區施工HY-300 型頂板離層儀進行現場觀察發現，錨索吊棚施工在距工作面10～15 m 處頂板變形現象得到了明顯控制，但是在距工作面10 m 范圍內頂板仍變形嚴重，實測頂板最大下沉量達0.45 m。隨著工作面推移，錨索吊棚受壓加大，吊棚出現嚴重變形現象，相鄰兩架吊棚之間頂板出現剪切式冒漏，錨索吊棚對頂板起不到有效的支護作用。

2.4 支護存在的主要問題

通過現場觀察發現，采用錨索吊棚對應力區進行加強支護存在的問題主要表現在以下幾方面：

（1）勞動強度高。由于工字鋼吊棚重量大，每米工字鋼重量為48 kg，在進行錨索吊棚施工時需5 人配合，且需搭設工作盤，支護工序復雜，勞動作業強度大且施工安全系數低。

（2）支護強度低。工字鋼錨索吊棚雖然有高強度剛性，但在支護時工字鋼梁兩側對頂板進行的支護屬于線性支護，工字鋼梁腰部鋼板厚度6 mm，承載著支撐應力，在支護過程中腰部鋼板易變形、斷裂，同時鋼梁兩側對頂板很容易造成切頂破壞作用，加劇了頂板破碎程度。

（3）回收難度大。工作面回采時需對順槽頂板錨索及錨索吊棚進行回收，便于采空區頂板能夠全部垮落，但是實際應用發現，錨索吊棚變形后與破碎頂板鑲嵌為一體，回收時難度大，回收率不足30%，局部錨索吊棚隨頂板甩入采空區內，導致采空區頂板無法及時有效垮落。

3 液壓伸縮梁鋼棚應用

為解決傳統錨索吊棚在應力區支護的不足，提高回采巷道應力區頂板穩定性，通過研究，決定對11101 綜采工作面回風順槽應力區支護進行優化，采用液壓伸縮梁鋼棚進行支護[1-5]。

3.1 液壓伸縮梁鋼棚結構

（1）11101 綜采工作面回風順槽采用的液壓伸縮梁鋼棚主要由底座、液壓伸縮棚腿、支撐板、支護梁（包括支撐桿、活動板、橫梁）液壓桿、連接板等部分組成，如圖2。

圖2 液壓伸縮梁鋼棚結構示意圖

（2）鋼棚底座采用厚度為8 mm 鋼板焊制而成，底座成拱形狀，長度及寬度為0.5 m，底座與棚腿采用穿孔螺栓固定。

（3）液壓伸縮棚腿主要由液壓油缸、液壓控制閥、三向閥門、液壓管路等部分組成，液壓油缸伸縮行程為1.5～4.0 m，液壓油缸通過管路、三向閥門與工作面支架閥門連接。

（4）支撐板采用長度為4.2 m、寬度為0.5 m方鋼焊制而成，厚度為80 mm，支撐板與棚腿頂端采用凹槽卡扣連接，支撐板上方安裝一根支撐桿以及兩個斜角液壓桿，液壓桿通過直徑為20 mm 油管與棚腿三向閥連接。

（5）支護梁通過支撐桿以及液壓桿安裝在支撐板上，支護梁主要包括支撐桿、活動板、橫梁，其中每架液壓伸縮梁鋼活動板共計10 塊，每塊活動板長度為0.5 m，寬度為0.3 m，采用柔性聚氨酯阻燃材質制成，最大抗載荷強度為35 MPa。

3.2 液壓伸縮梁鋼棚工作原理

（1）液壓伸縮梁鋼棚在地面一次性組裝完成，采用專用支架鏟車將其運送至支護地點，鋼棚支護前必須確保鋼棚頂梁與巷道兩幫垂直，防止在液壓伸梁時出現阻力，導致液壓缸損壞。

（2）首先采用直徑30 mm 主液壓油管、三向閥分別與鋼棚液壓閥門以及液壓桿連接，打開棚腿液壓閥門，在液壓作用下使棚腿逐漸升起，當棚腿伸縮高度達3.2 m 時停止伸架。

（3）鋼棚棚腿伸縮到位后，再通過液壓桿閥門使兩個斜角液壓桿升起，斜角液壓桿升起過程中使支護梁升起并與頂板接觸。由于應力區頂板破碎不平，支護梁升起過程中活動板可對凹凸不平的頂板進行有效支護。液壓伸縮梁鋼棚支護排距為2.0 m。

3.3 支護優點

（1）自動化水平高。液壓伸縮梁鋼棚采用液壓系統進行鋼棚支護，鋼棚運輸到支護地點后只需一人通過控制閥進行操作即可，解決了傳統錨索吊棚施工工序復雜、勞動作業強度大等難題。

（2）支護強度高。液壓伸縮梁鋼棚對頂板支護時頂梁支護面積大，而且通過頂梁活動板可對凹凸不平頂板進行有效支護，解決了傳統錨索梁棚支護時易變形、支護面積小以及對頂板產生切頂破壞等問題，而且兩架鋼棚之間可安裝背板，提高頂板支護強度。

（3）實用性強，回收率高。液壓伸縮梁鋼棚可適用于不同斷面的采掘巷道中，實用性強。鋼棚支護后可及時回收，11101 綜采工作面回風順槽內鋼棚回收率達98%以上，回收率高，可二次利用。

3.4 實際應用效果分析

11101 綜采工作面回風順槽超前工作面5.0 m 處開始安裝液壓伸縮梁鋼棚，安裝間距為2.0 m，共計安裝7 架。當工作面回采至距第一架鋼棚2.0 m時及時將鋼棚前移，以此類推直至工作面完全過斷層應力區。

回風順槽應力區采用液壓伸縮梁鋼棚支護后，對支護區頂板安裝一臺YH-300 型頂板離層儀，通過現場觀察，應力區采取該支護后有效控制了巷道圍巖變形現象，實測頂板最大變形量0.14 m 以下，兩幫收斂量0.27 m 以下，底鼓量0.25 m 以下，大大提高了巷道成型率。

4 結語

新良友煤礦對11101 綜采工作面回風順槽應力區采用液壓伸縮梁鋼棚后，通過應用效果來看，液壓伸縮梁鋼棚便于操作維護，降低了應力區支護勞動作業強度，而且該支護對頂板支護強度高，便于回收，適用于復雜條件下應力區采掘巷道，對巷道起到有效的支護作用，能夠控制、降低應力區巷道圍巖變形現象。