综采工作面超前替棚支护工艺研究

马垄翔，朱师波

(1.河南能源化工集团 义煤公司新安煤矿,河南 洛阳 471000；

·技术经验·

综采工作面超前替棚支护工艺研究

马垄翔1，朱师波2

(1.河南能源化工集团 义煤公司新安煤矿,河南 洛阳 471000；

2.河南能源化工集团 义煤公司千秋煤矿,河南 义马 472399)

新安煤矿综采工作面两巷主要采用12#工钢梯形棚和36U可缩性支架支护，在回采过程中，需提前将两巷支架用圆木替换，由于木梁强度小，经常造成木梁被压裂、压断，给安全生产带来隐患且该支护方法投入材料用量大、回收复用率低，造成材料大量浪费。对新安煤矿综采工作面上下巷超前替棚支护工艺进行了研究，提出两种改革方案，经过技术经济效益比较，确定采用金属铰接顶梁代替原来木梁棚的支护，该支护方式消除了圆木运输、上梁以及受压弯折带来的安全隐患，节省了材料费用，实现了矿井降本增效，保证了安全生产。

综采工作面；超前替棚；金属铰接顶梁

河南能源化工集团义煤公司新安煤矿所采煤层为二叠系山西组二1煤，赋存条件较为复杂，顶底板及煤层节理发育，强度较低，属典型的豫西三软不稳定煤层[1]，其主要特点是煤层较软，易片帮、冒顶，顶板压力大，给工作面上下端头顶板控制带来很大困难。新安煤矿综采工作面两巷主要采用12#工钢梯形棚和36U可缩性支架支护，在回采过程中，需提前将两巷支架用圆木替换，由于木梁强度小，经常造成木梁被压裂压断，给安全生产带来隐患且该支护方法投入材料用量大、回收复用率低，造成材料大量浪费。经统计分析，2013年仅替棚坑木消耗高达1 593 m3，价值207万元，占用生产性材料费用15%. 为了进一步降低支护材料的投资和生产成本，提高材料回收复用率，降低工人的劳动强度，改善工作面安全条件，决定对综采工作面上下巷超前替棚进行支护工艺改革。

1 工作面概况

新安煤矿15110综采工作面地质条件简单，褶曲发育，二1煤层底板基底起伏，上、下巷局部存在薄煤带，二1煤层厚度变化较小，掘进过程中未揭露断层[2]. 该工作面水文地质条件较复杂，直接充水水源为顶板砂岩裂隙水，潜在突水水源为奥灰承压水，预计工作面正常涌水量10 m3/h，最大涌水量35 m3/h. 工作面平均走向长度838.5 m，平均可采走向长度665.5 m，倾斜长度190.5 m，煤层倾角4°～9°，平均倾角为5.5°，煤厚0.4～11.5 m，平均3.3 m，采用综采放顶煤一次采全高走向长壁后退式采煤法。

2 方案的实施

2.1 方案一

采用“5.5 m圆木(梁)+单体柱(腿)”替棚超前支护方式。施工工艺：打眼注水→套木棚→打点柱、摘工字腿→打柱窝站柱→卸工字钢梁→套木棚→前移抬棚支护→清煤[3]. 施工要求如下：

1) 工作面两巷超前替棚从安全出口开始，由里向外逐棚用4 m长圆木做梁，两帮用单体柱做腿，替换掉原有的工字钢棚。按照“先支后回”的原则，在原支架处先架设新棚，再回旧棚，其巷顶用串杆、荆芭(塑料网)和煤袋绞顶背实，巷帮用废旧皮带、荆笆和串杆等背严背实。超前替棚长度距安全出口不小于10 m. 距工作面10 m范围内采用双胎棚支护，Π型梁配合单体柱进行超前支护。

2) 替棚后，分别采用单体液压柱配合2.6 mΠ型梁在下巷上帮及转载机上下侧打双抬棚支护；上巷上下帮及巷中打双抬棚支护；抬棚用架设，要求双抬棚必须交错迈步，交错距(600±200) mm，一梁三柱，替棚后巷道净高不小于1.8 m，人行道宽度不小于0.8 m.

3) 工作面两端头和超前支护替棚段的所有抬棚和支柱使用防倒绳连接。

2.2 方案二

采用 “1.2 mΠ梁(上)+2.6 mΠ梁(中)+1.2 mΠ梁(下)”两种型号金属铰接顶梁三根一组的替棚方式，超前支护断面图见图1.

图1 15110下巷铰接梁巷道超前支护断面图

1) 主要参数：a) 采用Π梁做顶梁单体液压支柱做腿。b) 两梁搭接长度：0.6 m，巷道净宽5 m. c) 棚间距：600 mm±50 mm(中对中)。d) 顶帮背设：顶部采用单层塑料网背设，网搭接不小于200 mm，每隔200 mm双扎丝相连(若压力大可采用双层网)，川杆间距为0.5 m；顶部不接顶区域采用煤袋进行充填保证接顶严密，帮部采用旧皮带背设。e) 抬棚打设：上巷下帮及巷中打设双抬棚，上帮打设单抬棚一梁三柱总计5道，若巷道压力大可在搭接处加打支柱。

2) 支护优势：a) 有效解决了下巷转载机段采用铰接顶梁后抬棚打设问题，采用短梁无法在铰接处打设抬棚，采用长梁需扩帮。b) 整体效果好，在工作面回采过程中始终为一整体，稳定性好。c) 回收方法简单，在回收过程中由于受现场施工条件影响，1.2 m(上)铰接顶梁可直接在回采前进行回收，降低了变形率。15110下巷铰接梁巷道超前支护平面图见图2.

3 经济效益分析与方案选择

3.1 方案一

超前支护采用5.5 m圆木(梁)+单体柱(腿)的支护方式，工作面走向长665.5 m，巷道按12 m超前支护量计算，需替棚56次。1) 替棚材料支护费用：棚距0.6 m时巷道每12 m圆木的用量是21根。5.5 m圆木每根260元，每12 m合计费用为5 460元，实际复用率为0，每12 m损耗费用为5 460元。总替棚损耗费用为30.28万元，上下巷总共60.56万元。2) 运料费用：运3车(42根)5.5 m长圆木配合小料需用2班，每班投入5个工，每工160元，需用人工费用1 600元，运费为38.1元/根，12 m巷道支护材料运费为3 200.2元。巷道总运费为17.92万元。方案一总计费用为78.48万元。

图2 15110下巷铰接梁巷道超前支护平面图

3.2 方案二

同样按12 m超前支护量计算，铰接梁替棚棚距为0.6 m，共用63根。1) 替棚材料支护费用：1.2 m(2根)每根280元，2.6 m(1根)每根420元，每12 m合计费用为20 580元，实际复用率95%，每12 m损耗费用为735元，替棚损耗费用为4.12万元，上下巷总共8.24万元。2) 运料费用：运费为一次性投入，运3车(63根)铰接梁需用2班，每班投入5个工，每工160元，需用人工费用1 600元，运费为38.1元/根，巷道支护材料运费为4 000元。方案二总计费用为4.52万元。

根据以上两方案工作面两巷替棚所支出费用的计算可知，方案一较方案二多支出73.96万元。因此，确定采用方案二的超前替棚支护方式。

4 方案实施存在问题及改进方案

4.1 施工中存在的主要问题

新替棚方案在15110工作面实施以来，通过现场观察存在主要问题有：

1) 巷道抬棚打设不成直线，主要原因为替棚时未挂线绳，铰接点不在同一条直线，后期抬棚打设不成直线。

2) 转载机处下帮铰接点处压力大，仅能打一架抬棚，未能有效控制顶板，当到达工作面机头处时，易出现V字形。

3) 铰接顶梁过端头架时，回收过程中回收较困难，且担在端头架上，梁易变形铰接点易坏。

4.2 改进方案

1) 替棚时必须首先挂线绳，使铰接点在同一直线上，保证后期抬棚打设。

2) 对转载机进行适当上拨或下调，在铰接点旁有抬棚支护，保证回采过程中顶板控制。

3) 即将过端头架时将1.2 m铰接梁提前进行回收，并及时将端头架护帮板打出，防止流煤。铰接顶梁现场实施见图3.

图3 15110工作面下巷铰接顶梁施工现场图

5 方案实施效果

新安煤矿通过在综放工作面上下巷超前支护实施铰接梁替棚技术以来，取得了良好的效果，不但降低了职工劳动强度，节省了搬运工序，提高了工效，而且节约了材料费，有效降低了吨煤成本，且施工工艺更为简单，为采面生产提前创造了良好条件，其研究结果对类似矿区也有一定借鉴意义。

[1] 苏发强.新义煤矿三软煤层巷道围岩稳定与支护技术研究[D].焦作：河南理工大学，2010.

[2] 白胜伟.新安煤田山西组二1煤沉积环境与含煤特征[J].煤炭技术，2004,11(1)：89-90.

[3] 张喜矿，鲁晓杰，张海涛，等.综采工作面运输巷U型钢棚无替棚支护技术的应用[J].中州煤炭，2012,06(10)：57-58.

Study on Technology of Advance Supporting for Fully Mechanized Coal Mining Face

MA Longxiang, ZHU Shibo

TheI-beam support with No.12 steel and 36U shaped shrinkable support are applied respectively in the two side- gate of the working face in Xin'an Coal Mine, the support will be replaced with round wood while mining. Due to weak in strength, the wood beam break could be seen often. And more, both safety risk and material consumption increased. Based on the study of the technology for optimized supporting, the paper puts forward two kinds of improvement schemes. After comparing on technical and economic basis, it is determined that the metal hinged roof beam is used instead of the original wooden beam shed. Hiden safety risks eliminated, material costs saved, both safety and production guaranteed.

Fully mechanized coal mining face; Advance for shed; Metal hinged roof beam

2016-12-27

马垄翔(1988—)，男，河南南阳人，2013年毕业于内蒙古科技大学，硕士研究生，助理工程师，主要从事矿山开采与一通三防管理工作

(E-mail)malongxiang2011@163.com

TD355

B

1672-0652(2017)02-0034-03