浅谈ZT11101/19/35 端头液压支架在沿空留巷工艺中的应用

沈 浩

（铁法煤业（集团）有限责任公司大隆矿，辽宁 调兵山 112700）

1 问题提出

铁法煤业（集团）有限责任公司大隆矿在东二采区工作面运顺施工沿空留巷工艺，原ZTZ22500/19/35 型端头液压支架因不便于行人通过、破坏运顺巷道顶板支护形式等原因造成支护材料损失浪费、员工劳动强度加大、运距远、巷道顶板下沉、底板鼓起的问题，不能满足沿空留巷施工工艺要求。大隆矿原端头液压支架更换为ZT11101/19/35 型端头液压支架，有效地减少了巷道支护锚杆、锚索的损坏，便于工作人员通过和物料运输。

2 ZTZ22500/19/35 型端头液压支架存在的问题

ZTZ22500/19/35 型端头液压支架在传统综采工作面的安全生产中一直处于很重要地位，安全有效地支护着综采工作面下隅角和运顺巷道顶板，为安全回采做出重大贡献。

为了最大限度地回收资源，避免煤炭损失浪费，采取沿空留巷工艺，ZTZ22500/19/35 型端头液压支架在沿空留巷工艺中存在的问题如下：

（1）老式端头支架长7 m、宽1.5 m 一共两组，受动压影响运顺巷道回采期间中宽在3.5～4.5 m 之间，施工人员到端头支架后方施工，不便于行人通过，没有安全退路和安全出口。

（2）沿空留巷工艺需要人员到老式端头支架后方对留巷段的顶板、巷道进行挡杆和补强支护施工，因老式端头支架与巷帮空间狭小，无法将长度超过2 m 的物料抬运通过。

（3）沿空留巷工艺需要保留运顺巷道的原有锚杆、锚索支护不被损坏，因老式端头支架接顶严密，造成巷道原有锚杆、锚索支护形式破坏，锚杆、锚索对巷道的支护强度减弱。

（4）沿空留巷工艺需要在运顺采空区边缘位置施工挡矸栏，防止采空区岩石掉落到留巷段巷道内。根据经验得出挡矸栏应该在液压支架切顶线以前施工完毕，但使用老式端头支架只能实现在切顶线以后施工挡矸栏，存在安全隐患。

（5）因老式端头支架与液压支架之间无缝隙，无法实现在液压支架切顶线以前施工挡矸栏，不仅存在安全隐患，施工质量和生产循环进度都受到制约和影响。

（6）沿空留巷内帮顶压力大，挡矸栏、补强支护随时有失效、卸压和倾倒现象发生，使用老式端头支架无法随时观察沿空留巷内的帮顶情况。

（7）拉移老式端头支架时，操作人员无法观察端头支架后方是否有人员作业，存在安全隐患。

3 ZT11101/19/35 型端头液压支架选用

3.1 根据地质条件选取

ZT11101/19/35型端头液压支架在具体选择时，首先要考虑的是工作面运顺的顶板情况和巷道高度。 1503 综采工作面底板为粉砂岩，平均厚度为2.5 m，伪顶为炭质泥岩，平均厚度0.9 m，直接顶为砂质泥岩，平均厚度2.8 m，老顶为细砂岩，平均厚度30.85 m，煤层倾角2°～12°，运顺巷道整体稳定性较好。其次通过其他矿井施工沿空留巷工艺的相关经验，选定2 组ZT11101/19/35 型端头液压支架支护1503 综采工作面下隅角和运顺巷道。

3.2 根据计算选取

3.2.1 ZT11101/19/35 型端头液压支架初撑力计算

端头液压支架初撑力计算公式为：

式中：q为支架初撑力；D为立柱缸体内径或活塞直径；m为乳化液泵泵站工作压力；n为每台支架的立柱个数；k为支撑率。

此端头支架的立柱缸体内径为D=350 mm，乳化液泵泵站工作压力m=30 MPa，支架的立柱个数n=3，支撑率k=1，因此q=（3.14×3502/4）×30×3×1×10-3≈8655 kN。

3.2.2 ZT11101/19/35 型端头液压支架工作阻力计算

端头液压支架工作阻力计算公式为：

此端头支架的立柱缸体内径为D=350 mm，乳化液泵泵站工作压力m=38.5 MPa，支架的立柱个数n=3，支撑率k=1，因此qz=（3.14×3502/4）×38.5×3×1×10-3≈11 107 kN。

3.2.3 顶板需要端头液压支架的工作阻力

顶板需要端头液压支架的工作阻力计算公式为：

p=（n-1）H·γ·s·g·cosα

式中：p为下隅角和运顺巷道的顶板需要端头液压支架的工作阻力；H为采空顶板区垮落高度；γ为顶板岩石容重；g为重力加速度；n为动载系数；α为煤层平均倾角；s为端头液压支架最大空顶距时支护面积。

此工作面采空顶板区垮落高度H=28.28 m，顶板岩石容重γ=2.5 t/m3，重力加速度g=9.8 N/kg，动载系数n=1.5，煤层平均倾角α=6°，端头支架最大空顶距时支护面积s=6.45 m2。

p=（1.5-1）×28.28×2.5×6.45×9.8×cos6°≈2222 kN。

ZT11101/19/35 型端头液压支架工作阻力为11 107 kN 大于2222 kN，该型号的端头支架能够满足本工作面下隅角和运顺巷道顶板的工作阻力要求。

3.3 ZT11101/19/35 型端头液压支架组成部分

ZT11101/19/35 型端头液压支架由16 个主要结构件组成，支架总图如图1。

图1 ZT11101/19/35 型端头液压支架总图

3.4 ZT11101/19/35 型端头液压压力观测

矿压观测技术人员在端头支架支撑千斤顶上安装矿用本安型无线压力传感器进行动态监测，通过对端头支架动态监测发现，端头支架的阻力值在24～28 MPa 范围内满足使用要求。ZT11101/19/35 型端头液压支架阻力曲线图如图2。

图2 ZT11101/19/35 型端头液压支架阻力曲线图

3.5 ZT11101/19/35 型端头液压三维模拟安装

通过三维设计软件对ZT11101/19/35 型端头液压支架进行模拟装配及模拟使用。ZT11101/19/35型端头液压支架三维装配图如图3。

图3 ZT11101/19/35 型端头液压支架三维装配图

4 ZT11101/19/35 型端头液压支架使用效果分析

为了验证ZT11101/19/35 型端头液压支架在沿空留巷工艺中的应用效果，进行了井下现场安装使用试验，通过正常回采200 m 的使用效果如下：

（1）工作面下隅角处顶板未出现下沉、断裂、淋水等现象，有效地支护了下隅角顶板，减少了巷道顶板的维护，大大降低了人员的劳动强度。

（2）端头支架支撑力较大，工作面下隅角处底板未出现鼓起现象，保证了底板的完整性。

（3）端头支架顶梁长度为13 000 mm，支撑顶板距离加长，更加有效地支护了巷道顶板。

（4）端头支架顶梁宽度为520 mm，支撑顶板的宽度比锚杆间距小280 mm，端头支架支撑顶板时，有效避开锚杆、锚索，减少了顶板支护的损坏。

（5）两组端头支架的间距为1500 mm，为沿空留巷施工作业提供了方便条件，提高了工作效率。

（6）端头支架与工作面支架间距为1000 mm，为沿空留巷施工提供了作业空间，提高了工作效率和工程质量，减少了作业人员的劳动强度。

（7）使用ZT11101/19/35 型端头液压支架以后，可以超前施工5 根挡矸栏，减少在端头支架切顶线以后施工作业，大大提高了安全系数。

5 结语

ZT11101/19/35 型端头液压支架操作简单，井下应用效果良好，能够满足巷道支护要求，在沿空留巷工艺中达到预期使用效果。