综采工作面设备列车巷超前支护技术应用

于书江

（山西晋城沁城煤业有限责任公司，山西 沁水 048200）

1 现场概况

长平矿4306 大采高综采工作面位于四盘区南部，其走向长1 106.59 m、倾斜长220.7 m、煤层总厚度为5.67 m。43063 巷为设备列车巷，巷道高度实际最低3.2 m、最高5.5 m，平均4.5 m。现阶段机尾顺槽采用单体液压支柱配合铰接顶梁进行支护，支护长度20 m。该支护方式结构简单，在使用过程中主要存在以下几个问题：

1）大断面巷道适应性不足。单体柱最大支护高度为4.5 m，当遇到5.5 m 巷道高度时，需要打木垛构顶，其工作量大且存在安全隐患。

2）支护强度低。单柱工作阻力只有200 kN，需要密集支护，工作效率低。

3）不能自移，需频繁移柱，工序烦琐。按工作面每班割5 刀煤计算，每班需移动机尾三角区及巷道单体柱约30 根，每根单体柱重约100 kg，每完成1根单体柱的撤柱、搬运、支柱，平均需要20 min，工作效率低，工人劳动强度大。

因此，有必要研制一套综采工作面设备列车巷超前支护及端尾支架设备，这一设备既能有效地解决支护强度低、工序烦琐等问题，又能减轻工人的劳动强度，提高生产效率，保证井下安全、稳定、高效运转。

2 设计方案

通过研制综采工作面设备列车巷超前支护液压支架，可有效提高机尾顺槽及端头三角区的支护强度和效率，降低工人劳动强度，保证安全生产，实现长平矿综采工作面快速推进并高产高效的目的。

2.1 支护工艺

井下工作面顺槽巷道用3 组（6 架）进行超前支护，架型为支撑掩护式。支护时超前支架3 组前后连接，总支护距离大于20 m。当顶底板条件好时，左右两架成组前移；当顶底板条件不好时，左右两架迈步前移。其侧视图如图1 所示。

图1 机尾巷道超前支架侧视图

由图1 可知，当工作面推进时，第一组超前支架降护帮收起，下降100～300 mm，稳定后下部推移千斤顶推进，稳定后及时升架，支架初撑力达到标准时停止，并展开护帮[1]。后两组支架重复上述动作，完成超前支架的整体动作。

2.2 结构设计

每组超前支护左右部分都由顶梁、掩护梁、底座、连杆等部分组成。

2.2.1 顶梁

顶梁直接承受顶板围岩压力，是超前支架的主要结构。在顶梁两侧安装防倒千斤顶和起吊千斤顶的铰接座，使顶梁和底座有效连接。顶梁除承载顶板压力外，还能够保留足够的行人通道，保证人员有效通行。其结构示意图如图2 所示。

图2 顶梁结构示意图

2.2.2 掩护梁

掩护梁作为顶梁和四连杆的连接部分，前后两端分别和顶梁、前后连杆铰接，实现顶板压力的有效传递。当超前支架纵向运动时，前端铰接点的运动轨迹为双纽线，以保证支架动作合理稳定[2]。

2.2.3 底座

超前支架底座宽720 mm，主要用来支撑立柱和推移千斤顶，以实现顶板压力、立柱推力的有效传递。由于该结构垂直、水平均受到压力、拉力和扭曲力，因此对结构本身的刚度和强度要求较高，既要保证支架对底板的接触比符合要求，又要保证支架的稳定性。其基本结构如图3 所示。

图3 底座及连杆

2.2.4 连杆

连杆是超前支架的核心部件之一，是实现底座和掩护梁有效铰接动作的主要结构。当超前支架垂直动作时，连杆能够将顶部压力、水平推力进行扭曲，其运动轨迹为近似直线的双纽线，保证支架整体运动合理平稳[3]。

3 应用效果

该项目在长平矿4306 工作面进行了为期3 个月的工业性试验，结果表明，运用液压支架对综采工作面巷道进行超前支护，既能有效地解决工作面顺槽支护强度低、工序烦琐等问题，又能减轻工人的劳动强度，提高生产效率，较原有单体柱支护具有明显的技术优势和安全优势，具有一定的推广价值。

4 结论

1）提高了支护质量和安全系数。原有单体支护支撑力小，且遇到巷道高度大时，上方构顶就需要打木垛，不仅劳动强度大、效率低，而且存在较大的安全隐患。超前液压支架支撑力大、支护高度高，对巷道围岩控制较好，尤其在巷道顶板破碎处，可以大幅降低原有支护方式的隐患，保证井下安全、稳定运转。

2）减员高效。彻底解决了原有单体柱密集支护、人工移柱等工序烦琐、劳动量大等问题，该超前液压支架利用相邻架组之间的推移油缸实现自移行走，显著地降低了工人的繁重体力劳动和发生事故的概率，更大程度上实现支护设备的机械化和自动化，提高工作面推进速度，进而实现矿井高产高效。

3）节能降耗。新式支护工艺较原支护工艺能节省大量木垛材料，木材费约2 500 元/m，推进1 000 m，两顺槽即可节约费用500 万元。因此该技术创造的间接经济效益甚为可观。