大采高工作面机尾巷道超前支护及上隅角三角区端头支护技术研究与应用

张世豪，李笑笑，苗艳才

(1.山西煤炭职业技术学院，山西 太原 030031；2.山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048400；3.晋煤集团技术研究院，山西 晋城 048006)

山西晋煤集团长平煤业公司大采高工作面机尾巷道及上隅角三角区仍采用传统的单体液压支柱进行超前支护：机尾巷道20m范围内采用63根一梁三柱支护，上隅角三角区采用15根双排切顶柱支护。该区段巷道断面大、控顶面积大、单体液压支柱数量多、工人劳动强度大、劳动效率低，再加上刮板输送机上窜等原因，导致机尾支架与煤壁距离有时达2.2m以上，采空区垮落的矸石时常通过单体液压支柱间隙窜至工作面，存在较大的安全隐患。

目前，我国许多矿井在工作面超前支护方面进行了改进和创新，根据煤层赋存条件的不同，主要有悬移式、垛式、滑移式超前支护液压支架等多种形式，不同程度地解决了超前支护问题。

长平煤业公司针对本矿煤层赋存条件、配套设备及该区段的特殊情况，提出机尾巷道超前支护与上隅角三角区端头支护统筹一体化解决方案，并应用到了该矿4306工作面，取得了良好的效果。

1 长平煤业公司4306工作面概况

1.1 地质条件

4306工作面走向长1106m，倾斜长220m，煤层总厚度为5.6m ，煤层倾角1°～11°，平均倾角6°。

1.2 工作面设备与机尾巷道情况

4306工作面采用一次采全高大采高采煤法。工作面主要设备有：ZY12000/28/62型液压支架、SL500采煤机和SZZ1000/3×855刮板输送机等。机尾巷道43064巷为设备列车巷，断面设计尺寸为5.4m(宽)×3.9m(高)，然而在实际生产过程中，巷道变形严重，高度实际在3.3～5.6m范围内，平均4.5m左右；端头三角区采空区顶板垮落矸石时常窜至工作面。

2 超前支护液压支架与端头液压支架研制

长平公司根据多年的采煤经验，将大采高4306工作面机尾巷道超前支护与上隅角三角区端头支护统筹考虑，提出了一体化解决方案，并研制了超前支护液压支架和上隅角三角区端头液压支架。如图1所示。

图1 巷道超前支护及上隅角三角区支护方案

2.1 超前支护液压支架

4306工作面机尾巷道20m区域范围内采用3组(6架)ZQL2×3000/27/55型超前支护液压支架进行支护，如图2、图3所示。3组支架前后连接，总支护距离达到20m以上。当巷道顶底板条件较好时，采用左右两架成组前移的拉架方式；当巷道顶底板条件不好时，采用左右两架迈步交替前移的拉架方式。

图2 超前支护液压支架示意

图3 超前支护液压支架断面

超前支护液压支架的移架工艺为：随着综采工作面推进，收第1组支架前梁和侧护顶板，降架300～400mm，推移千斤推移1个步距(工作面循环进度)，升架达到初撑力，展开前梁和侧护顶板，完成第1组支架的移动；第2组、第3组支架交替重复第1组支架的工序，完成1个拉架行走步距。当顶板条件较差时，超前支护液压支架可采用左右交替迈步式前移，即右支左移，或左支右移，以达到有效控制顶板的目的。

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超前支护液压支架的推拉步距离最大可达到1800mm左右，实现工作面割煤2个循环，以减少超前支护液压支架推拉频次，提高生产效率。该超前支护液压支架的主要技术参数见表1。

表1 超前支护液压支架技术指标及参数

2.2 端头液压支架

在上隅角三角区域，增设1架特制的支撑掩护式端头液压支架。该支架宽度过大会造成支架与巷道煤壁挤死，支架无法前移，宽度过小则不利于有效阻挡采空区矸石。经研究确定：该特制支架的掩护梁及后连杆上增设大行程侧伸缩机构，增大支护面积，形成两柱掩护式+伸缩顶梁+二级护帮+大伸缩行程侧护板的综合支护模式，以有效支护顶板，并防止采空区的矸石窜至工作面，该支架结构如图4所示。

图4 端头支架主、侧视

拉架方式采用推移千斤将端头液压支架底座和超前支护液压支架底座相联，端头液压支架依靠超前支护液压支架拉拽前移。端头液压支架的主要技术参数见表2。

表2 端头支架技术指标及参数

3 工业性试验情况

机尾巷道超前支护与上隅角三角区支护统筹一体化解决方案成套装备于2016年12月至2017年7月在长平煤业公司4306工作面进行了工业性试验，工作面推进约1120m，完成了该工作面回采任务，解决了大采高工作面多年来存在的突出问题。

(1)使用寿命长，损耗小，节约成本。由于超前支护液压支架在工作中整体受力，受力状况好，而单体液压支柱是单件受力。经测算，年节约生产成本约40万元。

(2)可自移，工序简单，减人提效。使用超前支护液压支架支护只需要1名工人即可操作，而使用单体液压支柱支护则需要3名工人撤柱、移柱、支柱、打木垛等，年节约人工成本约15万元。

(3)减少木料成本。原单体液压支柱支护高度有限，仅4.5m，当巷道高度超过4.3m时，需架木垛勾顶，消耗大量的木料。使用超前支护液压支架支护，基本上不需要打木垛，年节约木料成本约150万元。

(4)安全性好，员工发生受伤事故概率低。超前支护液压支架支护机械化程度高，用人少，操作方便，对巷道围岩控制较好。在巷道顶板破碎处，可大幅降低原有单体液压支柱人工回柱带来的安全隐患，作业人员相对安全，显著地降低了工人的繁重体力劳动和发生事故的几率。

4 结束语

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