单元式超前支架在综放工作面巷道支护中的应用

2024-06-11解洪梨

现代工业经济和信息化 2024年2期

关键词：初撑力供液顶梁

解洪梨，孔政，孔飞

（山东裕隆矿业集团有限公司唐阳煤矿，山东汶上 272508）

0 引言

随开采深度增加，巷道承受压力越来越大，回采工作面两顺槽受采动影响，所承受的压力也逐步增大。为增大支护强度及解决迈步式超前支架对顶板反复支撑问题，唐阳煤矿引进使用单元式超前支架[1-3]，在使用过程中取得了良好的效果。

1 工作面概况

431 综放工作面是唐阳煤矿四采区第一个综放工作面，位于黄店断层及黄店-2 断层东北部，DF4 断层西北部，工作面北部为矿井边界保护煤柱。地表为农田，无其他建筑物，无常年地表水。431 综放工作面回采后，将引起地表下沉。本工作面设计开采煤层为3 层煤，赋存稳定，全区可采，煤层厚度为5.5～6.2 m，平均为6 m，普氏硬度系数f=2～3。煤层倾角为5～20°，平均为14°，煤层总体走向为6°～56°，倾向为96°～146°。

2 轨道顺槽支护

1）工作面轨道顺槽沿煤层底板掘进长为1 030 m，上下净宽为3 800 mm，净高为3 000 mm。

2）永久支护：顶、帮部均采用Φ22 mm×2 200 mm细牙等强螺纹钢式树脂锚杆支护，锚杆矩形排列，间排距为800 mm×800 mm。锚索支护采用Φ21.8 mm的多层丝预应力钢绞线，沿巷道方向横向布置，每组2 根，间排距为2 000 mm×1 600 mm。

3）超前支护：在永久支护的基础上使用两排单元式超前支架（以下简称：超前支架），超前支架平行巷道布置，排距为2.5 m±0.1 m，相邻两架超前支架间距为4.0 m±0.1 m，支护距离为120 m。

3 超前支架安装

3.1 超前支架的运输

1）启动单轨吊车（型号：DC120Y），将起重链条松开，使用40 t 链条与超前支架立柱千斤顶固定架连接，将超前支架吊起。

2）启动单轨吊车，行车时使用六组驱动轮，行车速度均匀，不超过0.8 m/s。

3）超前支架运输到安装位置位后开始卸车。卸车时，利用3 t 倒链对超前支架牢固生根（倒链一端挂在顶板的锚杆上，另一端缠绕在超前支架立柱上），防止超前支架倾倒。

3.2 超前支架初次安装

1）使用3 t 倒链（不少于2 个）或千斤顶（单体液压支柱），将待安装超前支架拖移到位。

2）检查并完善各部件，确认无问题后联接供液管路，将支架缓慢升起（斜巷升超前支架时，使用不小于3 t 的倒链将超前支架牢固生根，倒链一端挂在顶板上，另一端缠绕在支架立柱上），顶板不平时要及时用木料接顶，保证初撑力不低于15 MPa。

3）重复上述操作，继续安装超前支架。

3.3 生产过程中外移超前支架

1）使用不小于3 t 的倒链将超前支架牢固生根，倒链一端挂在顶板上，另一端缠绕在支架立柱上。

2）移架时先移靠近上帮一侧的超前支架，再移靠近下帮一侧的超前支架。具体移架顺序：降架→外移→调正→升架。每次外移超前支架后，立即对原超前支架支护空间打设带帽点柱进行支护。每架打设3组，间距为0.8 m，排距为1 m±0.1 m。

3）超前支架操作工对超前支架缓慢卸液，直至超前支架高度达到最低。

4）通过倒链或千斤顶收缩将待移超前支架拉至单轨吊轨道下方，使用单轨吊将超前支架吊起、外移。

5）外移超前支架过程中可以使用单体液压支柱对超前支架进行调整，调整时，单体液压支柱柱头要顶在支架底座牢靠位置，并使用好木垫板，防止滑动。单体支柱供液时，采取远距离供液，人员躲到超前支架倾倒区域以外。

3.4 生产过程中安装超前支架

1）当超前支架外移至安装位置时，单轨吊司机缓慢放下超前支架，超前支架操作工利用倒链或千斤顶与超前支架连接向两帮拉移超前支架。

2）解除单轨吊起吊钩，操作工缓慢操作将超前支架升起，直至超前支架达到初撑力。

3）巷道超高时，可在超前支架顶梁上按“#”字型打设木垛进行接顶。顺巷道方向使用2.0 m 木料，垂直巷道方向使用3 根2.0 m 木料。木垛上下各层的接触点必须保持在一条直线上并垂直水平线，打木垛要严格按铅垂方向打设，防止木垛在打设过程中歪倒。木料之间要采用平面接触，不准使用腐烂、破损的木料。施工过程中人员可站在加工的马凳或脚手架上进行施工。

4 超前支架防倒防滑

4.1 调整超前支架过程中的防倒防滑

超前支架安装及生产过程中需要局部调整超前支架时，由熟悉超前支架的专职人员操作。

1）安装供液管路，使用远距离供液，使待调整的超前支架脱离顶板（不大于300 mm）。

2）向内侧调整超前支架底座时，使用拉后溜千斤顶（或5 t 倒链），一端挂在对面超前支架底座上，另一端缠绕在待调整超前支架底座上，通过千斤顶收缩向巷道中部拉移超前支架。向两帮调整超前支架时，使用单体液压支柱（一端固定在另一侧超前支架上，另一端固定在待调整超前支架底座上）向两帮蹬移超前支架。使用超前支架作为生根点调节超前支架时，班组长必须安排专人检查起生根作用的超前支架初撑力，发现超前支架达不到初撑力时，必须进行二次注液，待超前支架达到初撑力后，方可进行施工。

3）将超前支架升起，达到初撑力（15 MPa）。

4.2 外移超前支架过程中的防倒防滑

当工作面推进至超前支架位置，需要外移超前支架时，班组长统一指挥，由熟悉超前支架、熟悉单轨吊车的专职人员操作。

1）使用2 台不小于5 t 的倒链将超前支架可靠生根，倒链一端挂在相邻超前支架顶梁上或顶板完好的锚杆上（吊挂倒链时，将顶板完好的2 个锚杆使用40 t 链条进行联接），另一端与超前支架顶梁两端的销轴连接。

2）安装超前支架供液管路，采取远距离操作对超前支架缓慢卸液。同时，松倒链，直至超前支架高度达到最低。松倒链时，施工人员必须站在超前支架的上山方向进行操作。

3）使用3 t 倒链（倒链一端挂在另一帮的超前支架底座或帮部最底面的锚杆上，另一端缠绕在待超前支架底座的起吊环上）将待移超前支架拉至单轨吊轨道下方，将超前支架吊起、外移。

4.3 安装超前支架过程中的防倒防滑

首先，将待安装超前支架位置顶板顺平，当超前支架运输到位后，由熟悉超前支架的专职人员负责将超前支架按要求升起。

使用2 台3 t 倒链与超前支架顶梁端头的销轴联接（倒链的吊挂点一个位于顶板上，另一个位于巷帮，吊挂倒链时，将顶板巷帮最上面完好的2 个锚杆用40 t 链条进行联接），防止超前支架倾倒或下滑。

接供液管路，将超前支架缓慢升起，在升超前支架的过程中，及时将2 台3 t 倒链链条背紧，直至超前支架全部升起。在升架过程中，施工人员必须站在超前支架的上山方向进行操作。

超前支架升起后，使用1 根40 t 链条、2 个联接环将前后两个超前支架联接，用于超前支架间的相互连锁。

5 超前支护质量标准

1）超前支架其偏差不得超过±100 mm。

2）超前支架及端头架应支到实底，并做到迎山有力，初撑力不小于15 MPa。

3）超前范围内的支撑高度不得低于1.8 m，超前支架严禁超高使用，活柱行程不得小于200 mm，最大高度应小于支柱设计最大高度200 mm。

4）超前支架前后顶梁水平内前后起伏不大于15°，左右高差不大于300 mm，顶板不平时，必须使用木料垫平，确保顶梁平整与顶板接触。

5）超前支护段要确保工作面安全出口畅通，人行道宽度不小于0.8 m，高度不小于1.8 m。

6 支护材料及支护密度

轨道顺槽使用两排ZQ2900/18/40 型超前支架进行支护。超前支架平行巷道布置，排距为2.5 m±0.1 m，相邻两架超前支架间距为4 m±0.1 m。

支护强度计算：

式中：F1为单个超前支架上覆煤、岩层压力，kN；S1为单个超前支架支护面积，取3.8×4/2=7.6 m2；H1为顶煤厚度，取3.6 m；ρ1为煤层密度，1.34×1 000 kg/m3；H2为直接顶厚度，0.78 m；ρ2为直接顶密度，3×1 000 kg/m3；2 900 kN≥534 kN，符合要求。