综放工作面端头支架压架分析与处理

张 超

(大同煤矿集团 马道头煤业有限责任公司，山西 大同 037100)

综放工作面压架是一种常见的生产事故，发生压架事故后，工作面支架立柱行程变小甚至为零，造成支架前移困难，特别是端头支架发生压架后，与其相连的转载机及搭接的胶带自移尾都无法前移，严重制约着工作面的正常推进，对矿井的安全生产造成较大影响[1-2]。本文以大同煤矿集团某矿8105综放工作面为背景，详细介绍了该工作面发生端头支架压架的原因及处理方法，以供同行参考。

1 工程概况

某矿8105综放工作面可采走向长1 890 m，倾向长235 m，平均煤厚9.2 m，煤层倾角为3～9°，工作面头低尾高，头尾高差为31～43 m，盖山厚度为628～710 m，工作面采用两巷布置，即一进一回的通风方式，主要巷道包括：8105胶带巷、8105回风巷。煤层顶底板岩性见表1。结合煤层和围岩的实际情况，设计选用ZF15000/27.5/42D型低位放顶煤液压支架为中部支架，支架支撑高度为2.75～4.2 m，中心距1.75 m，工作阻力15 000 kN，支护强度1.23 MPa，配套选择ZFG13000/27.5/42D型低位放顶煤过渡支架和ZTZ20000/27.5/42D型端头支架。

表1 煤层顶底板岩性

2 端头支护

2.1 永久支护

胶带巷道断面为矩形，断面规格为5 500 mm×3 600 mm。巷道永久支护的形式为：锚杆、锚索、W钢带和金属网联合支护。顶板支护选用锚杆规格为D20 mm×2 400 mm，每排6根，间排距为900 mm×800 mm；锚索规格为D21.8 mm×9 000 mm，每排2根，间排距为2 700 mm×2 400 mm；两帮支护选用锚杆规格为D20 mm×2 400 mm，每排4根，排间距为900 mm×800 mm；角锚索规格为D21.8 mm×4 000 mm，排距2 400 mm；角锚杆规格为D20 mm×2 400 mm，排距为800 mm。

2.2 超前支护

胶带巷从工作面煤壁线向外0～30 m范围， 采用“一梁两柱”的支护形式，排距3.7 m，柱距1.1 m，单体柱型号为DW45-250/110×(A)，花边梁长4.8 m。30～60 m范围，在行人道靠胶带架侧支单点柱，柱距1.1 m，单体柱型号为DW45-250/110×(A)，花边梁长1.2 m。

2.3 端头支架支护

端头支架选择ZTZ20000/27.5/42D 型中置式端头支架，两架为一组，宽度3.3 m；配套ZTZ10000/27.5/42D中置式端头支架做为前端头支架，两架一组，宽度3.3 m，两组支架有效支护长度为25 m。

3 压架事故

3.1 压架经过

当工作面推进至采位头570 m/尾557 m时在胶带巷超前50 m范围内顶、底板移近量达2.5 m，导致端头支架后半部上方顶板下沉、破碎情况严重，煤柱侧支架倾斜，支架立柱行程低，具体如下：

1) 支架共8个立柱，分左右两侧，每侧4个；现场测得活柱伸出量分别为煤柱侧：从采空区侧往外分别为15 cm、22 cm、37 cm和56 cm；采煤侧：从采空区侧往外分别为10 cm、19 cm、24 cm和33 cm。

2) 端头支架煤柱侧部分向工作面侧倾向近25°。

3) 端头支架上部永久支护部分失效，导致破碎的顶煤从支架间隙流下。

3.2 其他现场情况

压架发生后对现场的其他条件进行查看，发现工作面头低尾高，头尾高差38 m，采空区与工作面积水全部流向端头，导致底板水煤泥多，支撑力差；煤柱帮与转载机挡煤板之间充满碎煤，高度与挡煤板平齐；工作面40%的支架初撑力不达标；超前段顶板普遍发生离层下沉和底鼓，在转载机头部巷道高度仅有2.6 m。这些情况与端头架压架相叠加，对工作面的安全生产造成严重的影响：首先是端头支架易被压死，无法拉移支架；其次是支架立柱行程低于0.4 m，导致前后溜头过煤通道不畅，尤其是后溜头，稍不注意即导致刮板损坏、刮板链断开，致使放煤受限，造成大量资源浪费；最后不得不占用大量有效生产时间进行事故处理。

4 原因分析

1) 工作面胶带巷处于盘区的向斜轴部，受构造应力影响，超前段承受压力大。

2) 工作面为下山开采，胶带巷超前支护段承受顶板压力较大。

3) 工作面刚过完断层破碎区，40%的支架初撑力不达标，且头低尾高，导致工作面顶板整体压力集中于头部，端头支架为最低点，受压较大。

4) 采空区与工作面积水全部流向端头，导致底板水煤泥多，由于底板岩性为泥岩，遇水软化，支架及超前支护钻底现象严重，对顶板起不到有效支撑作用；而且煤柱帮与转载机挡煤板之间充满煤泥，增加了移架阻力。

5 采取措施

1) 反复起底。转载机头处巷道高度仅有2.6 m，转载机头高2.9 m，因此第一次起底需在胶带自移机尾下方起底，否则转载机头无法通过，第二次起底在胶带自移机尾后方起底，起底后保证巷道高度不低于4.0 m，因胶带巷顶底板移近原因，在胶带自移机尾后方起底达到4.0 m后，当该位置到了前端头支架时，巷道高度又变成2.5～3.1 m，端头支架最小支撑高度为2.75 m，因此仍需要对前两次起完底的位置进行重复起底，因此第三次起底在前端头架前方起底，第四次起底在端头架前方起底，经过四次反复起底才能保证工作面正常推进，因起底工作量大，经常出现端头支架4号立柱无行程，一旦端头支架被压死，即需停下来进行起底或者剪顶网反复升降支架破碎顶煤。

2) 补强顶板支护。在胶带巷从转载机处向外铺双层菱形金属网+三眼锚索梁，锚索规格为D21.8 mm×9 000 mm，钢梁为11号工字钢，长4.8 m，锚索梁排距1.6 m，一直施工至停采线位置。

3) 加强底板支护。在胶带巷从转载机处向外施工底板锚索，底板锚索呈三花布置，锚索规格为D21.8 mm×4 000 mm，锚索间排距2 500 mm×2 500 mm。

4) 加强超前单体支护。将单体柱支设长度延长至100 m，采取三梁三柱形式，给单体柱穿柱鞋。

5) 在超前200 m范围内低洼点开凿临时水仓，加强排水。

6 应用效果

通过采取上述措施后，超前支护段围岩变形得到有效控制，端头支架的行程逐渐增大，在千斤顶的作用下，煤柱侧端头支架恢复正常，使得工作面端头支架能够继续前移。

7 结 语

通过这次端头支架压架处理，得出几条经验教训：

1) 工作面巷道布置应避开构造应力，特备是不能布置在向斜轴上；

2) 当发现超前支护段巷道变形严重时，应提前采取补强支护措施；

3) 当巷道底板岩性为泥岩等遇水软化的岩石时，一定要做好排水或防水工作，加强清理煤泥，并且给单体柱穿鞋来预防钻底，必要时应该用混凝土铺底。