端头支架、超前支护支架在桃园煤矿综采工作面的应用

王汉化 朱慎强

（淮北矿业集团有限责任公司桃园煤矿 安徽 宿州 234116）

1 桃园煤矿71煤层地质概况

桃园矿71煤层属二叠系下石盒子组。所开采的7135工作面煤层厚度为 0.5－2.2m，平均 1.6m。煤层倾角 10°－30°，平均为 22°。煤层结构普遍含有一层夹矸，夹矸厚度平均为0.4m，煤层顶板为泥岩或细砂岩，底板为泥岩。该面上方为7133工作面采空区，下至71煤层-500底板等高线，南以三采区边界为界，北至南三回风上山。工作面走向1355m，斜长155m。工作面机、风巷均采用U型棚支护，原设计支护高度为3120mm，宽度4600mm。

该面主要充水因素为：顶、底板砂岩裂隙水，采空区活水和钻孔水三个方面。

1.1 顶、底板砂岩裂隙水：从工作面掘进过程来看，顶、底板砂岩裂隙水富水性较强，一般涌水量5－15m3/h。

1.2 采空区活水：工作面掘进期间已采用风巷探放水和机巷施工放水孔相结合的方式，对上方7133工作面采空区积水进行了疏放，但工作面回采期间采空区内仍有3m3/h左右的活水，受工作面采动的影响裂隙增大，将会以淋、渗水的形式进入工作面，届时工作面的涌水量将增大。

2 端头支架、超前支护支架的概况

我矿7135综采工作面使用的端头支架型号为：ZTZ21000/17/32。该端头支架主要适用于水平或缓倾斜煤层沿底板一次性开采长壁冒落回收顶煤的综采工作面下出口的支护。对采区要求：煤层倾角≤15°。对巷道要求：净高度不小于3.4m，净宽度不小于3.2m，必要时可提前替棚扩帮支护。该端头支架支撑高度范围是1.7m－3.2m，支护宽度为：2.4m－2.74m。初撑力为16248kN。工作阻力为21000kN。支护强度为0.79MPa。对底板平均比压为1.71MPa。泵站压力为31.5MPa。

该型端头液压支架是在总结国内端头支架研究与使用的优缺点的基础上，结合桃园矿的地质条件，为解决工作面下出口的支护与维修困难和保证安全生产，提高工作效率，减少工人的劳动强度而设计的一种端头支架。

该组支架的主要用途是：支护工作面下出口顶板，随着工作面向前推移，做到相互交替移架和及时支护，实现工作面的连续生产，提高推进速度。

该端头支架为两架一组，两架对称布置，与工作面液压支架配套使用。后部采用四连杆机构，高度变化小。拉端头支架时要保持与工作面液压支架顶板大致齐平，工作面液压支架超前端头支架1.6m左右，再拉端头支架。端头支架两架支架顶梁由防倒千斤顶连接，起调节架间距作用。控制系统均采用国产定型阀，其中操作阀有400L/min的大流量操纵阀片，用来操纵立柱及推移缸，操作简单，维修方便，配件供应有保障。

配套使用的超前支护支架的型号为ZT2×3200/16/32。该型号支架是根据综采工作面运输机及机巷链板输送机推进，将巷道永久支护替换为临时超前支护的具体条件而设计的。适用矩形或位于超前支护段受压由拱形变为矩形需替棚的巷道。支护巷道受采动影响的超前支护段的顶板，由于支护强度大，能自移，所以该型支架与巷道工字钢梁或木棚配合使用更安全可靠，大大减轻了工人的劳动强度，提高回采效率。

该支架为两架成一组使用，两架之间由防倒千斤顶连接，每一架由前后两节组成，前节的顶梁后部与后节的升缩梁相连。前架的底座后部与后架的底座前部通过连接头、移架千斤顶相连，前后架相互依托，达到移架目的。

3 端头支架、超前支护支架的安装要求

机巷端头支架安装时，U型棚支护宽度约为4200mm，高度为3100mm。考虑到机巷的安装条件不够充分（起吊高度不充裕，巷道空间较小，大件过多，不利于运输、起吊），原设计的端头支架及超前支护支架每架上部各有一块弧形填充块未下井安装，这样端头支架及超前支护支架与U型棚接顶时中间有一段空隙，移架时用木料接实过顶。安装前，从切眼下口U型棚取中，将巷道中线拉好。并将机巷杂物清理干净，底板整平。安装时：按先端头支架后超前支护支架、先下帮后上帮的大致顺序按巷道中线两侧安装。安装前，必须打设起吊锚杆或加固棚梁，先安装支架底座，再安装顶梁。安装时必须保证支架底座和顶梁的平直，机巷底板必须提前清理平整。在对接立柱横销和连接块时，必须先调好眼孔，严禁用铁锤或重物强行敲打。

4 端头支架、超前支护支架在使用过程中遇到的问题及相应的解决方案

4.1 端头支架与工作面支架有落差：原运输机机头安装到端头支架上帮一架的正下方，但随着巷道压力的显现和工作面煤层的变化（工作面下段煤层有向顶板走的趋势，机巷巷道底板比工作面底板低）,若运输机机头段刹底，至少刹底600mm以上，因支架的采高的限制，工作面顶部的煤割不到，资源浪费较大。

针对工作面支架与端头支架的落差问题，端头支架抬底或底板挑顶困难太大，且不利于安全，主要是运输机机头段刹底，尽量减少落差，保证端头支架降架时不压运输机机头。

4.2 随着工作面的推移，机巷端头支架、超前支护支架有往底板下陷的趋势，工作面下段机巷顶板压力加大。由于运输机机头在端头支架的下方，因上部的空间距离不够，每次拉移端头支架降顶梁时，顶梁圧运输机机头，导致端头支架顶梁降不到规定要求，拉移支架困难。

因端头支架往底板下陷，与工作面支架的落差达到1m以上，单纯靠工作面刹底并不能解决端头支架圧运输机机头的问题。主要方法是将运输机头向工作面拉800mm，这样端头支架与工作面液压支架之间就有800mm的间隙。针对这个间隙，使用2根爬行梁接半圆木过顶，保证顶板的支护完好，也保证了下口作业人员的安全。工作面运输机下口加设一块溜煤槽至端头支架架档的链板机外沿，依靠运输机机头与链板机的落差和溜煤槽减少运输机拉回头煤。

4.3 由于机巷为U型棚支护，端头支架和超前支护支架均为两架一组，按巷道中线两侧并排安装，在端头支架拉移操作时同一组的两架不能同时拉移，所以在升端头支架的一侧支架时，支架顶梁与巷道U型棚是点接触，当支架初撑力加大时，支架顶梁就顺着U型棚的弧度向上滑动。这就导致了端头支架不能按直线拉移，机巷下帮的端头支架底座往下帮滑动。间接导致端头支架的掉斜，端头支架的拉移千斤顶与连接头蹩劲，拉不动支架，甚至导致折断千斤顶（拉移千斤顶只能径向拉移）。

针对端头支架掉斜的问题处理有两点：一是在拉移支架时，配合使用防倒千斤顶，降端头支架的两侧顶梁控制在巷道中线位置；二是在端头支架底座迈步时，必须清理干净两架底座之间的煤矸等杂物，收缩立柱抬底时用单体将已偏离中线位置的支架底座抵辉中线位置。保证端头支架沿巷道中线拉移。

4.4 在回采中，工作面、采空区均有岩隙水流向机巷，导致机巷底板积水。由于机巷底板为泥岩，长时浸水导致底板松软，支架的来回伸缩、拉移使支架底座陷入底板泥岩中，更增加了支架的拉移难度。松软的底板也使端头支架达不到规定的初撑力，从而不能很好的支护顶板，使顶板的下沉速度加快，给后期的巷道支护埋下了隐患。

水患的处理就是将出水引到超前支护支架外段，减小水浸泡破坏底板的程度，具体的做法是沿机巷下帮挖设一条水沟，并铺上铁质流水槽，外段挖设水仓，用风泵排出机巷。

4.5 由于我矿71煤巷道压力大，顶板、底板均比较破碎，随着回采的时间加长，巷道的压力越来越大，巷道变形比较严重。原U型棚支护宽度约为4200mm，高度为3100mm，在回采2个月之后，巷道的净宽度只有3400mm，高度只有2600mm，并且部分段巷道变形，棚腿跐出。这显然已不满足端头支架的使用条件。

对巷道提前改棚是必须的，具体的措施是：一、将机巷的U型棚拿掉，向上挑顶500mm，用3200mm的工字钢配合单体替棚，实行一梁四柱支护方式：二、机巷卧底、整平，保证巷道净高度不小于3400mm。

5 结束语

通过这些举措，基本上保证了端头支架的正常使用。原计划使用端头支架，机巷的U型棚不予回收，物资消耗太大，机巷的提前替棚也使U型棚得到回收，大大节约资源，巷道的超前支护也得到了加强,保证了巷道的支护强度，为工作面的开采提升了必需的空间环境，提高了安全系数。

［1］朱真才，韩振铎，等.采掘机械与液压传动[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005，2.