煤矿大采高沿空留巷巷旁支护装置的设计

常 柱

（潞安集团常村煤矿， 山西 长治 046000）

引言

目前，我国大部分矿区都已经引入及应用了沿空留巷技术，尤其是近些年来柔模泵柱混凝土沿空留巷技术的成功运用，为沿空留巷技术提供了大量的实践经验。但是对于其巷旁支护，大部分矿井依旧采取了以往的单体立柱，施工程序较为复杂、材料损耗较大、成本过大，需要花费较多的人力，对沿空留巷技术的应用效率造成了抑制，存在较大的风险问题。常村矿井S5-16 作业面具有厚度为6.6 m 的煤层，其回采作业采取了大采高技术，该过程中轨道巷所运用的工艺为柔模泵柱混凝土沿空留巷技术，在留巷的实际应用中，巷旁区域支护效果不好，出现了严重的变形。为了对巷旁支护的问题进行有效解决，本文依据实际状况针对沿空留巷空区设计出了有效的巷旁支护设备，并研发了电控系统，最后对其应用效果进行了介绍[1-2]。

1 巷旁支护装置结构的研制

为了确保该支护装置可以对顶板岩层发挥较好的支护效果，极大缓解隔离墙体在施工初期所受的应力，支护装置的结构应当满足下列几点要求：

1）该装置应当设置于巷道充填体之外的采空区，安放区域较为狭窄，顶梁不能设置较大的宽带，其结构应设计为窄型；

2）为了确保巷旁的充填体得到长期有效的保护，顶梁必须维持较长的结构，以扩大顶板与顶梁之间的接触面积；

3）在浇筑充填体的初期，其不具备较大的强度，在强度达到相关要求之前，该支护装置应当对巷道顶板进行持续支护，因此该支护装置应当设置为平列形式，以确保其中一架产生移动时，另一架继续支护巷道的顶板。

根据以上的分析，与沿空留巷的实际工艺相结合，将该支护装置的结构设定为双列多节的窄型分体式。

根据以上的分析与S5-16 作业面中沿空留巷所具有的地质状况相结合，研发出了ZCZ4×4200/22/40/D 型分体式的支护装置，详见图1，核心技术的参数见表1。

图1 ZCZ4×4200/22/40/D 型巷旁支护装置

表1 核心技术参数

2 巷旁支护装置的布置方式

该支护装置的设置形式详见下页图2。一组包含了四个分体式支护装置，其形式呈现为1 号、2 号相并列，3 号与4 号相并列，前排设置的支护装置与作业面支架之间主要利用推移千斤顶来进行连接，以实现迈步式前移，同一排的支护装置利用防倒千斤顶来建立连接。成组巷旁的支护装置具有较多的优势，如强度较大、结构较完善等，可以迅速实现升降推移，交互前进，满足巷旁支护的相关要求。

3 巷旁支护装置电液控制系统的设计

该支护装置大多处于作业面支架的后部、充填体外侧的采空区内，由于采空区内部出现了漏矸的问题，存在较大的风险隐患，现场人员不适合进入。为了有助于现场人员开展操作，同时缩小空顶的时间、加强支护装置的升降等，本文针对该支护装置中电液控制系统进行了研发，以实现支护装置的遥控及有线的控制。电液控制系统的工作原理如图3 所示[3-5]。

图2 巷旁支护装置布置方式

图3 巷旁支护装置电液控制系统原理

3.1 远程有线控制及本架电液控制

电液控制系统的构成主要包含了电控机构、信息传输体系。电控单元主要由人机交互、电源箱、控制装置等组成。为了实现有线的远程控制，该电控系统内安装了两个人机交互页面，两个页面相互串联，一个设置在支护装置中，另一个设置在人员作业的安全区域之内。当实施控制的时候，操作人员可以利用远程人机交互页面来输出信号，利用电磁先导阀来转换相关的信号，经过转换的液压信号再利用各个阀体控制支架来开展作业。处于这种控制模式之下，可极大地确保操作人员的安全，同时迅速有效的控制支架。当遇见特殊状况时，操作人员可以利用支架来操作人机交互页面，以有效控制本架的电液系统。

3.2 远程遥控控制

为了有助于进一步操作，在该支护装置的电液控制系统内设置了无线远程遥控单元，系统安装的发射装置是多功能远程遥控器，其接收装置大多处于该支护装置的控制器内，工作人员可以在沿空留巷100 m 的区域之内利用遥控器来控制该支护装置。通过控制器下发指令，运用红外无线信号的方式来将其传输到接收器之内，支护装置的控制器在接收到信号之后开展详细分析，并借助多功能的换向阀来转化信号，从而针对各个阀体所下发的指令来实施各种动作。

无线远程控制系统可以为操作人员提供充足的自由活动的井下区域，人员可以依据沿空留巷所具有的实际操作空间来设置最有效的位置开展作业，同时确保人员可以对支护装置在控制阶段发挥的效果加以观察，以做出适当的调整[6-8]。

4 巷旁支护装置应用效果

ZCZ4×4200/22/40/D 型分体式巷旁支护装置已经成功运用到S5-16 作业面柔模混凝土沿空留巷之中，目前已基本成巷。在施工阶段，作业面的成巷速度也得到了极大提升，在成巷之后的10 d 之内，隔离墙体一端的顶板会出现345 mm 的沉降量，隔离墙体具有较好的凝固效果，其鼓出量最大为285 mm，整个留巷期间没有发生穿底及墙体失稳的问题，巷旁一侧围岩发生的变形问题也得到了控制，其变形的曲线如图4 所示。

图4 隔离墙体一侧巷道围岩变形曲线

5 结论

1）与S5-16 作业面中沿空留巷所具有的地质条件相结合，针对该支护装置所具有的结构特点进行分析，明确其结构为窄型分体式，设计出了ZCZ4×4200/22/40/D 型支护装置，并给出了技术的核心参数、结构特点及其设置形式；

2）针对该支护装置研发出有效的电液控制系统，并对该装置的遥控及有线控制设计出有效的方案，该系统较为简便有效，可以满足支护装置的各个控制要求，并与综采作业面完成同步的自动控制；

3）通过大量的实践可知，ZCZ4×4200/22/40/D型窄型分体式巷旁支护装置在投入使用之后，隔离墙体及其一侧顶板所发生的变形状况得到控制，取得了较好的凝固效果，从而使巷旁得到迅速有效的支护。