液压伸缩梁钢棚在回采应力区中应用

王 军

（山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司，山西 临汾 041200）

1 概述

山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司11101综采工作面为一采区首采工作面，上覆为3#煤层采空区，位于副斜井落底以北、3#联络巷以南、北轨道大巷以东、井田边界以西90 m，东部为实体煤。11101 综采工作面倾向长度170 m，走向长度739 m，工作面开采太原组下段11#煤层，煤层赋存较稳定，平均厚2.8 m，含2～3 层夹矸，煤层倾角0°～17°，煤层普氏硬度1～1.5，夹矸1～2，直接顶2～4，直接底2～4。11101 综采工作面采用倾斜长壁式布置，顺槽采用一进一回，U 型布置，运输顺槽和回风顺槽均沿煤层顶板布置，按由东向西的方向进行推采，停采线位于两顺槽车场以里15 m 处。

2 工作面回采现状及问题分析

2.1 回采现状

11101 综采工作面采用综合机械化回采工艺，已回采至410 m 处，在392 m 处位于机尾处揭露逆断层F2，断层落差为2.2 m，倾角为42°，断层斜角与工作面斜交57°，断层延伸至工作面长度42 m，对工作面回采影响长度为74 m，如图1 所示。由于断层侵入煤体后产生应力破坏作用，工作面回采至395 m 处时，在构造应力以及回采应力等作用下，回采顺槽出现应力显现现象，主要表现在顶板破碎、两帮收敛以及底板鼓起。当工作面回采至400 m 处时回风顺槽断面不足设计断面的85%。

图1 11101 工作面及F2 断层平面布置示意图

2.2 回风顺槽应力区加强支护措施

为了控制回风顺槽应力区围岩变形，工作面回采至400 m 处时对回风顺槽顶板施工工字钢锚索吊棚进行加强支护。回风顺槽设计断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道顶板施工的吊棚长度为4.2 m，钢梁采用11#工字钢梁，宽度为0.11 m，钢梁腰部均匀布置三个锚索支护孔，孔间距为1.8 m，锚索采用长度为5.0 m、直径为21.8 mm 预应力钢绞线。锚索吊棚垂直巷道布置，布置排距为1.5 m。

为进一步提高顶板稳定性，原回风顺槽超前应力区内支设两排液压单体柱，现增加至三排，单体柱排距为1.5 m，间距为1.0 m。

2.3 支护现状

回风顺槽应力区施工锚索吊棚后工作面继续回采，通过对锚索吊棚支护区施工HY-300 型顶板离层仪进行现场观察发现，锚索吊棚施工在距工作面10～15 m 处顶板变形现象得到了明显控制，但是在距工作面10 m 范围内顶板仍变形严重，实测顶板最大下沉量达0.45 m。随着工作面推移，锚索吊棚受压加大，吊棚出现严重变形现象，相邻两架吊棚之间顶板出现剪切式冒漏，锚索吊棚对顶板起不到有效的支护作用。

2.4 支护存在的主要问题

通过现场观察发现，采用锚索吊棚对应力区进行加强支护存在的问题主要表现在以下几方面：

（1）劳动强度高。由于工字钢吊棚重量大，每米工字钢重量为48 kg，在进行锚索吊棚施工时需5 人配合，且需搭设工作盘，支护工序复杂，劳动作业强度大且施工安全系数低。

（2）支护强度低。工字钢锚索吊棚虽然有高强度刚性，但在支护时工字钢梁两侧对顶板进行的支护属于线性支护，工字钢梁腰部钢板厚度6 mm，承载着支撑应力，在支护过程中腰部钢板易变形、断裂，同时钢梁两侧对顶板很容易造成切顶破坏作用，加剧了顶板破碎程度。

（3）回收难度大。工作面回采时需对顺槽顶板锚索及锚索吊棚进行回收，便于采空区顶板能够全部垮落，但是实际应用发现，锚索吊棚变形后与破碎顶板镶嵌为一体，回收时难度大，回收率不足30%，局部锚索吊棚随顶板甩入采空区内，导致采空区顶板无法及时有效垮落。

3 液压伸缩梁钢棚应用

为解决传统锚索吊棚在应力区支护的不足，提高回采巷道应力区顶板稳定性，通过研究，决定对11101 综采工作面回风顺槽应力区支护进行优化，采用液压伸缩梁钢棚进行支护[1-5]。

3.1 液压伸缩梁钢棚结构

（1）11101 综采工作面回风顺槽采用的液压伸缩梁钢棚主要由底座、液压伸缩棚腿、支撑板、支护梁（包括支撑杆、活动板、横梁）液压杆、连接板等部分组成，如图2。

图2 液压伸缩梁钢棚结构示意图

（2）钢棚底座采用厚度为8 mm 钢板焊制而成，底座成拱形状，长度及宽度为0.5 m，底座与棚腿采用穿孔螺栓固定。

（3）液压伸缩棚腿主要由液压油缸、液压控制阀、三向阀门、液压管路等部分组成，液压油缸伸缩行程为1.5～4.0 m，液压油缸通过管路、三向阀门与工作面支架阀门连接。

（4）支撑板采用长度为4.2 m、宽度为0.5 m方钢焊制而成，厚度为80 mm，支撑板与棚腿顶端采用凹槽卡扣连接，支撑板上方安装一根支撑杆以及两个斜角液压杆，液压杆通过直径为20 mm 油管与棚腿三向阀连接。

（5）支护梁通过支撑杆以及液压杆安装在支撑板上，支护梁主要包括支撑杆、活动板、横梁，其中每架液压伸缩梁钢活动板共计10 块，每块活动板长度为0.5 m，宽度为0.3 m，采用柔性聚氨酯阻燃材质制成，最大抗载荷强度为35 MPa。

3.2 液压伸缩梁钢棚工作原理

（1）液压伸缩梁钢棚在地面一次性组装完成，采用专用支架铲车将其运送至支护地点，钢棚支护前必须确保钢棚顶梁与巷道两帮垂直，防止在液压伸梁时出现阻力，导致液压缸损坏。

（2）首先采用直径30 mm 主液压油管、三向阀分别与钢棚液压阀门以及液压杆连接，打开棚腿液压阀门，在液压作用下使棚腿逐渐升起，当棚腿伸缩高度达3.2 m 时停止伸架。

（3）钢棚棚腿伸缩到位后，再通过液压杆阀门使两个斜角液压杆升起，斜角液压杆升起过程中使支护梁升起并与顶板接触。由于应力区顶板破碎不平，支护梁升起过程中活动板可对凹凸不平的顶板进行有效支护。液压伸缩梁钢棚支护排距为2.0 m。

3.3 支护优点

（1）自动化水平高。液压伸缩梁钢棚采用液压系统进行钢棚支护，钢棚运输到支护地点后只需一人通过控制阀进行操作即可，解决了传统锚索吊棚施工工序复杂、劳动作业强度大等难题。

（2）支护强度高。液压伸缩梁钢棚对顶板支护时顶梁支护面积大，而且通过顶梁活动板可对凹凸不平顶板进行有效支护，解决了传统锚索梁棚支护时易变形、支护面积小以及对顶板产生切顶破坏等问题，而且两架钢棚之间可安装背板，提高顶板支护强度。

（3）实用性强，回收率高。液压伸缩梁钢棚可适用于不同断面的采掘巷道中，实用性强。钢棚支护后可及时回收，11101 综采工作面回风顺槽内钢棚回收率达98%以上，回收率高，可二次利用。

3.4 实际应用效果分析

11101 综采工作面回风顺槽超前工作面5.0 m 处开始安装液压伸缩梁钢棚，安装间距为2.0 m，共计安装7 架。当工作面回采至距第一架钢棚2.0 m时及时将钢棚前移，以此类推直至工作面完全过断层应力区。

回风顺槽应力区采用液压伸缩梁钢棚支护后，对支护区顶板安装一台YH-300 型顶板离层仪，通过现场观察，应力区采取该支护后有效控制了巷道围岩变形现象，实测顶板最大变形量0.14 m 以下，两帮收敛量0.27 m 以下，底鼓量0.25 m 以下，大大提高了巷道成型率。

4 结语

新良友煤矿对11101 综采工作面回风顺槽应力区采用液压伸缩梁钢棚后，通过应用效果来看，液压伸缩梁钢棚便于操作维护，降低了应力区支护劳动作业强度，而且该支护对顶板支护强度高，便于回收，适用于复杂条件下应力区采掘巷道，对巷道起到有效的支护作用，能够控制、降低应力区巷道围岩变形现象。