综采工作面两巷超前支架及端头支架的应用技术

张兴刚

摘 要：以淮北矿业神源煤化工（邹庄矿）3204工作面为例，分析超前支架及端头支架的应用技术，在此基础上对超前支架及端头支架及配套设备进行合理选型，与综采工作面两巷的支护形式有效的结合起来，充分减少劳动生产力，大大提高综采工作面的采煤效率，最终确保实现经济、实用、安全、高效开采的目标。

关键词：综采工作面；超前支架；端头支架

引言

随着淮北矿业采煤技术的发展，采煤机械化程度达到97%以上，而在神源煤化工有限公司，采煤机械化程度实现了100%，作为新投产矿井，根据神源煤化工有限公司（邹庄矿）的煤层分布情况，主要采煤方式是综采一次采全高，为了最大限度地发挥机械化程度，综采工作面两巷及下端头分别引进了超前支架及端头支架，大大提高了综采工作面的回采效率，大大减轻了职工的劳动强度，对此，为了发挥超前支架及端头支架的作用，通过对现场的实践及应用，保证综采工作面的高产高效，对综采工作面两巷超前支架及端头支架的应用技术进行了研究。

1 神源煤化工（邹庄矿）及3204工作面的地质概况

1.1 邹庄矿概况

安徽神源煤化工（邹庄矿）位于淮北矿区东南部的双堆小区，地处安徽省濉溪县境内，距宿州市约25km。东以双堆断层及F22断层为界，西以南坪断层为界；南以10煤露头线为界，北以27勘探线与钱营孜煤矿为界。南北长约6.5km，东西宽约3～5km，面积约28.1815km2。全矿井地质资源量333.4739Mt，可采储量169.1851Mt。

区内总体构造形态为一较宽缓轴向北东向西南仰起的向斜，其东翼被双堆断层切割，西翼被南坪断层及F25断层所夹一系列断层切割。区内断层较为发育，中部煤组62、72、82煤层遭受岩浆岩侵蚀破坏。本区可采煤层自上而下分别为：32、51、52、62、72、82、10计7层。依据煤层的可采指数和可采面积指数综合确定本区32、62、72、82为较稳定煤层。51、52、10为不稳定煤层。

矿井设计生产能力为240万t/a，矿井设计服务年限为50.3a。矿井采用立井多水平开拓方式，设主井、副井、中央风井3个井筒，（东风井正规划中）一水平标高-720m，二水平标高-950m。煤种以气煤及1/3焦煤为主。

1.2 3204工作面概况

3204工作面为邹庄矿首采面，四周均无采掘情况。东临DF12断层，南到工业广场保护煤柱，西临DF8断层与32采区边界线，北到邹庄煤矿采区边界。工作面标高-689.7～-791.1m；面长225m，煤层厚度1.9～3.6m，平均煤厚2.85m，可采储量116.58万吨；煤层结构较复杂，煤层倾角4～24°，平均倾角8°；直接顶为泥岩，厚度5.71～6.76m，平均厚度6.23m；直接底为泥岩，厚度3.25～3.85m，平均厚度3.55m；老顶为泥岩、细砂岩，厚度9.13～28.78m，平均厚度18.9m。

两巷支护形式均为平顶U型棚支护，机巷走向长度1380m，风巷走向长度1490m，平均走向长度1485m。U型棚均为U36型，棚档700mm，采用钢筋笆背帮过顶。巷道支护断面图如图1：

图1 巷道支护断面

2 3204综采工作面超前支架及端头支架应用技术分析：

2.1 超前支架性能

（1）风巷采用ZQL2×4000/18/35型超前支架3.5组（一组两架，每架14.5t）：

支撑宽度：1.8～3.5m；

支撑宽度：？芨2100mm

中心距：1.73m

初撑力：（P=31.5MPa）2×3090kN

工作阻力：（P=40.76MPa）2×4000kN

支护强度：平均1.55MPa（单架）

推移步距：1700mm

泵站压力：31.5MPa

操作方式：手动本架

（2）机巷采用ZQL2×4000/18/35型超前支架4组（一组一架，每架28t）

支撑宽度：1.8～3.5m；

支撑宽度：？芨2430mm

初撑力：（P=31.5MPa）2×3090kN

工作阻力：（P=40.76MPa）2×4000kN

支护强度：平均1.09 MPa（单架）

推移步距：900mm

泵站压力：31.5MPa

操作方式：手动本架

2.2 端头支架性能

工作面下端头采用ZTZ14500/21/40型综采端头液压支架，架型为六立柱支撑掩护式。

支撑高度：2.1m～4.0m

支护宽度：1.62～1.82m

中心距：1.75m

初撑力：（P=31.5MPa）11640KN

工作阻力：（P=39.3MPa）14500KN

支护强度：（平均）1.02MPa

对底板比压：（平均）2.89MPa

推移步距：900mm

泵站压力：31.5MPa

操作方式：手动本架

最大不可解体尺寸：4800×1620×1500mm

最大不可解体重量：10吨

该端头支架与SGZ-1000/2000型刮板机（张家口）、MG650/1620-WD型采煤机（上海天地）、SZZ-1000/400型转载机（淮南长壁）、PLM-3000破碎机配套使用，其中，端头支架推移板与转载机机尾操作采用硬联接，转载机机尾为特殊槽，以保证端头支架正常拉移。

2.3 超前支架、端头支架的技术应用分析

（1）适应性强：超前支架、端头支架最适用平顶U型棚支护及锚杆支护，可以延伸的半圆顶U型棚支护，为此对超前支架的灵活性提出了要求。超前支架、端头支架有效控制了综采工作面两巷的超前压力，避免了因支护强度低造成的巷道变形，保证了巷道高度不低于1.8m，人行道宽度不低于0.7m，避免了二次维护。同时，保证了上下出口的高度不低于1.8m，为上下端头作业人员提供了足够的安全空间。

（2）安全可靠：传统综采工作面超前支护、端头支护是采用长钢梁、单体铰接梁等支护方式，人工回柱放顶极不安全，可能导致各类顶板伤人事故发生。而使用超前支架、端头支架后因其工作阻力大、支撑能力强、性能可靠、耐久性长、操作方便等的特点大大提高了端头支护的支护效果，确保人员在工作面机头作业的安全，降低了人员在机头附近频繁作业的风险，有效地控制了顶板，杜绝了事故发生。同时，端头支架的使用降低了支护对顶板的局部比压，保护顶板的完整性，实现了对破碎顶板的封闭式管理。

（3）减员提效：综采工作面正规循环是三个班作业，两巷超前管理采用传统的抹帽替棚支护，必须专设一个准备班进行抹帽作替棚作业，至少需要24人才能完成保证一个圆班的推进度，而使用超前支架后，仅需2人作业即可解决维护超前管理问题，大大解放节约了用工量。端头使用长钢梁、单体铰接梁等传统支护方式每班至少需要6人支柱、回柱及维护，而使用端头支架后，每班只需2人配合操作拉移支架即可，每班可减少劳动力4人，三班共12人。并且减少了支柱、回柱的工序，节省了因端头维护而影响割煤的时间，无形中提高了煤机开机率，从而提高推进度，增加了煤炭产量。

（4）降低强度：传统长钢梁、单体铰接梁抹帽替棚支护等传统支护方式人员运柱子、运梁子、支柱子、挂梁子等都需要很大的体力消耗，多了作业环节，势必增大安全风险，增加事故点，而且要完成当班任务都必须不间断地作业，增加工人当班的劳动强度、人性化低。而使用、超前支架、端头支架后，几乎不需要搬运材料，也不需要人工支护，给工人保持了体能，更有利于现场操作安全。同时，减少了因端头压力过大造成的二次使棚环节。

3 综采工作面超前支架及端头支架改进

3.1 超前支架

（1）超前支架整体式和分开式，应优先选用分开式，整体式对巷道宽度要求大，活动空间受的限制，而分开式则可以根据巷道的宽度进行灵活调整。

（2）对在平顶U型棚支护巷道中使用超前支架可以去掉超前支架两侧的护帮板及其结构，因为两侧的护帮板及结构，没用发挥其最大的性能，反而制约超前支架的正规使用，导致超前支架的顶梁不能发挥更好的支撑作用，降低支护效果，同时，影响超前支架安全顺利拉移。

（3）在半圆顶U型棚支护巷道中使用超前支架，要尽量地增加超前支架的防倒性能，并需相方设法增加超前支架的顶梁面部结构，使之与半圆顶U型棚密切结合，防止并列两排式超前支架向巷道中间簇拥，造成歪架。

3.2 端头支架

（1）端头支架架型比较笨重，拉移不灵活，受条件制约影响严重，因此，端头支架不要过大，可以选用宽度较小1.2m～1.5m的支架，可以提高端头支架的拉移调整灵活度，减少拉移时间。

（2）端头支架的使用在U型棚支护巷道中，因巷道肩窝和工作面衔接处的棚梁影响，造成端头支架很难升起、很难拉移，必须先想办法将肩窝处的U型棚梁子锯掉或用单体打到顶板上方可往前拉移，给生产带来被动，是机头出煤的瓶颈，因此，端头支架的使用在U型棚巷道中要充分考虑这一点。

（3）端头支架要充分考虑和机巷转载机机尾及工作面运输机机头处的匹配联接，要保证和转载机的有效联接拉移，可以在转载机机尾左右侧灵活布置多个（2～3）个联接眼，以防止机头上窜或下滑用竖销顺利联接。端头支架的与机巷下帮相接的下侧、及与中间架相接的上侧要有可靠的防窜矸板。

4 结束语

在目前现代化的综采工艺下，合理选用、引进、改进超前支架、端头支架的性能，直接影响着综采工作面的产量效率及开机率，从而，充分发挥机械化的性能，减少不必要的人力劳动，特别是在目前煤炭效益不景气的情况下，淮北矿业经营效益最艰难的情况下，为了降本增效，节支降耗，更应该引进推广超前支架支护及端头支护，使之和锚网支护联合起来推广，更见成效。

参考文献

[1]马新民.矿山机械[M].

[2]徐永圻.煤矿开采学[M].

[3]李法柱.综采工作面新型超前支架研究与应用[M].