综采放顶煤工作面超前支护式液压支架的应用及其效果

李　强

（阳泉煤业（集团）有限责任公司五矿，山西　阳泉　045209）

引言

某煤矿主采煤层平均厚度为6.5m，呈串珠形态分布，巷道采用锚网支护矩形断面，采用综采放顶煤技术进行作业，沿底部长臂方向掘进。对工作面地质构造进行勘察，可以发现距离煤层上方1.5m处，以及下方1.3m处，分布有结构形态稳定的夹石层，厚度分别为0.36m和0.42m。为保证工作面煤矿开采的高效、安全进行，决定采用超前支护式液压支架对巷道进行支撑，具体应用过程和应用效果总结如下。

1　综采放顶煤工作面传统液压支护方式的缺点

在综采放顶煤工作面作业中，原有的井下巷道支护方式以单体液压支架配合兀梁使用为主，虽然可以起到一定的支护作用，但是当井下作业环境比较特殊时，便会暴露出很多问题。首先，传统液压支架支护强度较低，无法满足顶板压力较大煤层的支护要求，并且单体支柱埋深较深，回撤难度较大。其次，作业效率较低，单体支柱回撤难度较大，往往需要耗费较差时间，这就会影响工作面的顺利推进，煤炭开采效率较低[1]。另外，工人劳动强度较大，支架移动基本都是靠人力完成的，在持续作业过程中，要不断移动支架位置，需要耗费大量人力。同时，成本较高，在设置、撤回单体液压支架过程中，可能会因为操作失误造成损伤，再加上较大顶板压力的影响，使得支架更换比较频发，耗费了大量资金。这些都是传统液压支架应用过程中所暴露出的缺陷和不足。

2　综采放顶煤工作面超前支护式液压支架的应用

超前支护式液压支架是在传统单体液压支架配合兀梁进行支护的方法基础上发展而来的，改变了传统液压支架固定特点的局限性，适应矩形或位于超前支护段受压由拱形变为矩形需替棚巷道支护。图1为一种新型的履带式超前支护式液压支架。

图1　履带式超前支护式液压支架

2.1　支架组成

通过对井下环境及作业条件进行调查、分析，该煤矿决定选用型号为ZT2×3200/16/32的超前支护式液压支架，其主要组成包括金属构件、液压系统两部分，其中金属构件主要包括顶梁底座、前后连杆、掩护梁、中间梁和护壁板等，液压系统主要是由立柱、移架千斤顶、放倒千斤顶、液压控制元件、液压辅助元件等几部分组成[2]。

2.2　支架设置

超前支护式液压支架的设置位置，选在综采放顶煤工作面的上下出口处，利用两边立柱对其进行掩护。同时，为提高支架的支护能力和支护强度，实现更为理想的支护效果，在支架顶梁两端的内表面和外表面，都分别增设了一块护顶板，并且沿支架顶梁中心线位置呈左右对称分布，护顶板具有较强的适用能力，能够满足不同作业面巷道的支护需求，具有较强的载荷能力，可以实现对压力较大顶板的良好支撑。

2.3　上出口支架设置

在作业面上出口处设置超前支护式液压支架时，主要是对上顺槽进行分析。在该煤矿中，由4根推移千斤顶提供动力，使支架呈互相推拉状态，随着开采进度向前推进，实现对顶板的良好支撑。采用该方式设置超前支护式液压支架，当其使用性能良好，并且处于运行过程中时，便可以实现对推移油缸的回收。在跟随作业进度移动支架时，需要先将支架放置作业面地面上，这样一来，下方的支架便会在推移油缸的驱动作用下向前移动。需要注意的是，要根据支架移动需求，控制好其前移的距离，确保其移动位置的合理性，才可使前支架上升至顶板位置，对其进行支撑。当前支架移动到最佳位置后，后支架也需随之做出调整，此时应先收回推移油缸，以一个步距为标准，使后支架向前进行移动，然后再使后支架上移接触顶板，发挥其支护作用[3]。

2.4　下出口支架设置

在将超前支护式液压支架设置在下出口位置时，所采用的形式为转载机中置式。实际操作过程中，先将推移千斤顶安装在支架两端，内外两侧各有一根，呈对称状分布，再借助推移接头，将其与转载机连接到一起，此时，转载机通过驱动推移千斤顶，使支点位置发生变化，使整个支架系统始终保持稳定状态，进而实现超前支护式液压支架的前移，同时，还可以带动转载机移动。当支架处于工作状态时，会对巷道顶板起到有力支撑，此时推移油缸可以随时加以回收。根据作业面进度向前移动转载机时，推移油缸的内部结构的工作方式会发生变化，活柱会被拉出，带动转载机前移。当转载机到达合适位置时，使前支架下落至地面，做出相应的位置调整，然后再上升至顶板位置，支撑顶板保持良好稳定性，此时，便标志着超前支护式液压支架一次推移操作的完成。如果煤层对顶板施加的载荷较大，在推移支架时，应采用带压移架方式，提高支架的整体支撑力，进而实现更加理想的支护效果。

3　综采放顶煤工作面超前支护式液压支架的应用效果

3.1　应用优势

将其应用于综采放顶煤工作面中，能够根据煤矿开采作业的持续推进自由移动，不会对煤矿开采进度造成影响，井下作业效率加高，并且具有较高的支护强度，能够对巷道起到有力的支撑作用，满足顶板压力较大煤层的支护需求，在推移支架过程中，围岩结构形态不会出现较大变化，避免了顶板事故的发生。同时，支架的机械化和自动化水平较高，操作比较方便，仅用少量操作人员加以控制即可，减少了人力资源成本，还可以降低煤矿开采人员的工作强度。另外，在支架设置、移动过程中，不会出现严重磨损，可长期投入使用，能够降低作业成本，经初步估算得知，在使用超前支护式液压支架后，该煤矿每年所节省的人力资源及材料资源成本大于在40万元左右。

3.2　存在问题

在实际应用过程中，发现超前支护式支架也存在一些问题。第一，推移千斤顶以损坏，推移千斤顶铰接头间隙较小，只能在轴向垂直面上旋转，在推移过程中，往往因为不在统一条之间上，而出现损坏问题，所以，在实际使用时，可以将连接头改为万向铰接。第二，支架运输困难。超前支护式液压支架结构和质量较大，往往需要先进行解体，在进入巷道后再组装到一起，影响了工作进度，所以，在设计支架式，应优化结构，以减小其尺寸大小，并选用高强度钢板，减轻质量，方便支架运输。

4　结语

将超前支护式液压支架应用于综采放顶煤工作面中，能够改善传统支护方式的众多缺陷问题，不仅可以提高支护强度和巷道安全性，而且还具有较高的机械化和自动化水平，提高了作业效率，降低了工作人员劳动强度，同时还能节约大量人力成本和材料成本，经济效益良好。在综采放顶煤工作面设置超前支护式液压支架的时候，需要结合其结构特点及组成，将各个部件进行依次连接，并按照规范操作流程对其加以使用，才能发挥其应用优势，实现更加理想的支护效果。

[1]冯云贵.超前支护式液压支架在综采放顶煤工作面的应用[J].机械管理开发，2016（4）：51-52.

[2]李小沫.超前支护式液压支架在综采放顶煤工作面的应用[J].中国高新技术企业，2015（2）：160-161.

[3]卢强.超前支护式液压支架在综采放顶煤工作面的试用[J].工程技术（文摘版），2016（6）：319.