综采工作面托顶煤顺槽超前支护技术研究

吕东辉 李现朴

（河南能源化工集团禹州枣园煤业有限公司，河南 禹州 461670）

超前支护段的巷道是采煤工作面重要的安全出口，传统的综采工作面端头及超前支护大多采用单体柱配π型钢梁支护，存在着劳动强度大、所需单体柱及π型钢梁多、支护强度低、维护成本高、煤机等待时间长等诸多问题。为此，研究和改进综采工作面超前支护状况，是提高综采工作面安全程度的重要途径。在22071顺拉综采工作面中部顺槽超前支护中，采用锚网索+端头及顺槽超前液压支架联合支护技术，取得了良好的支护效果。

1 工程概况

枣园煤业是禹州矿区云盖山井田的一部分，主采二1煤层。22071中部顺槽为22071顺拉综采工作面的中间巷，该巷将22071综采工作面分为上下两段，担负着采面上段运煤、进风、敷设管（线）路、辅助运输等任务并兼做采面安全出口。该巷沿二1煤层底板掘进，二1煤层硬度系数0.11～0.37，煤层厚度0.1～9.5m。二1煤层伪顶为炭质泥岩,直接顶为中粒砂岩,基本顶为细粒砂岩；伪底为炭质泥岩，直接底为炭质泥岩及泥岩。中部顺槽采用36U型钢棚支护，设计断面形状为半圆拱形，净宽4m，净高3.1m，净断面10.9m2。原超前支护采用单体柱配π型钢梁架棚替换原U型钢棚的方式，巷道变形极其严重，支护段断面已不足7m2。为此，在中部顺槽超前段试用锚网索+端头及顺槽超前液压支架联合支护方式。

2 联合支护技术

2.1 端头及顺槽超前液压支架

端头及顺槽超前液压支架结构是支架稳定性的关键，研发了适合顺槽支护的端头及超前液压支架，两种架型均采用四连杆结构，两架一组。超前液压支架与端头支架采用底座推移千斤顶连接，以适应顶板起伏的需求，并采用双伸缩立柱以加大对巷道高度的适应能力。

（1）端头液压支架。型号为ZT12800/17.5/35，支架高度1.75～3.5m，初撑力10464kN，工作阻力12800kN。采用中置式设计，中部顺槽转载机布置在两架底座中间。顶梁和底座均采用前后铰接式，以适应顶板起伏变化，架与架之间采用底座推移千斤顶连接，行程700mm，适应采面推采步距600mm的需求。

（2） 超 前 液 压 支 架。 型 号 为ZQ256000/17.5/35，支架高度1.75～3.5m，初撑力1308kN，工作阻力25600kN。顶梁采用前后铰接式结构，以适应顶板起伏变化。架与架之间采用底座推移千斤顶连接，顶部采用中间伸缩梁连接，该架型主要由金属结构件、液压元件、导杆、销轴等几部分组成。主体结构件有前顶梁、中顶梁、后顶梁、斜梁、前后连杆、左右底座，防护装置主要有侧板、中间梁、中间伸缩梁、前梁一、前梁二、后伸缩梁等，液压系统主要有立柱、各种千斤顶、液压控制元件（换向阀、液控单向阀、安全阀等）、液压辅助元件（胶管、弯头、接头等）。

2.2 支护形式及参数

（1）端头及顺槽超前液压支架布置方式

22071综采工作面为顺拉分运工作面，上下两段交替推采，22071中部顺槽安设型号为SZZ-630/90转载机配型号为SSJ-800/2×75的胶带输送机担负着采面上段的运输任务。

端头及顺槽超前液压支架分别布置在转载机两侧，转载机上侧为非行人侧，转载机下侧为行人侧。非行人侧在满足支护要求及检修距离情况下，尽可能缩小跨度以减少垂直应力的影响，故非行人侧超前液压支架的上侧护板暂不使用，仅使用下侧护板；行人侧超前液压支架需满足行人的需要，故两侧护板正常使用。

（2）端头及顺槽超前液压支架支护距离

结合中部顺槽矿压显现规律及设备布置距离，端头及顺槽超前液压支架支护距离应超前于转载机机头。因中部顺槽转载机长度为27m，据此，22071中部顺槽超前支护段从切顶线向外依次布置3组端头支架、4组超前液压支架，合计长度36.975m，满足了超前支护距离的要求。

（3）锚索

根据中部顺槽超前支护段托顶煤厚度，确定顶部锚索长度，保证锚索能穿过顶部煤层，锚入稳定砂岩中，且不得小于4m。锚索直径18.9mm，顶部采用锚索梁配金属网、塑编网支护，金属网规格为2000mm×700mm，网格规格为60mm×60mm，塑编网规格为2000mm×700mm。顶部锚索梁采用废旧的工字钢加工而成，一梁两索，交错布置。为避免拉移支架破坏锚索，影响支护强度，锚索眼间距应大于超前支架的最大支护宽度。上侧超前支架的最大支护宽度为1.33m，故顶板上侧锚索梁的锚索眼间距为1.7m，锚索梁长度为2.1m；下侧超前支架的最大支护宽度为1.83m，故顶板下侧锚索梁的锚索眼间距为2.1m，锚索梁长度为2.6m；两根锚索梁交错距离为0.2m。为防止帮鼓变形，帮部根据需要，在距底板1.4m处打设锚索梁加强支护，锚索梁长度2.6m，锚索眼间距1.8m，一梁两索，锚索规格Φ18.9mm×4000mm，锚索预紧力不小于23MPa。

（4）锚杆

为便于采煤机截割，综合考虑成本、矿压显现规律及支护周期（不超过1个半月），确定采用全螺纹玻璃钢锚杆配金属网支护帮部。金属网规格为2000mm×700mm，网格规格为60mm×60mm；玻璃钢锚杆采用Φ16mm×2000mm，每根锚杆配2支MSK2335型锚固剂，锚杆扭矩不小于40N·m，锚杆间排距为700mm×600mm。在帮部增加钢带支护，锚杆打设在钢带规定眼距内，钢带采用M型钢带，长度2.4m。

支护断面示意图如图1所示。

图1 支护断面示意图

3 施工工艺

（1）先用单体柱配π型钢梁架棚替换22071中部顺槽超前支护段的U型钢棚支护，扩大断面，破除原巷的围岩松动圈，棚距与锚索梁排距一致均为600mm。架棚时，先采用单体柱配π型钢梁、金属网、塑编网支护顶部，一梁四柱，再刷帮至设计规格，最后打设玻璃钢锚杆支护帮部。

（2）在顶部π型钢梁棚距内打设锚索梁支护顶板。为便于平行作业且能保证支护强度，锚索梁支护滞后迎头1～2棚。

（3）支护循环。锚网索支护超前于超前液压支架支护距离过长时，造成锚网索支护等待时间长，不利于顶板管理，过短则无法平行作业。综合考虑后，确定锚网索支护超前于超前液压支架的1.2～3m。

4 矿压观测结论

对中部顺槽端头及超前液压支架立柱的柱压进行了观测，记录了初撑力、工作阻力及峰值压力，绘制支架立柱峰值压力变化曲线，如图2所示。

从图中可以看出：端头1架柱压高，说明该架支承压力大，这是由于采面上下段因煤层倾角的影响，造成推采不同步，产生错矩，无法直线性的切断中部顺槽顶板，致使该处形成应力集中区。超前1架与超前3架柱压增大，其余支架柱压较低，说明超前液压支架受采动影响，压力峰值集中在超前1架与超前3架后，压力逐渐降低。

图2 支架立柱峰值压力变化曲线

结果表明，22071中部顺槽超前支护段采用端头及超前液压支架后，完全能满足顶板支护需求。