沿顶掘进综采工作面超前支护工艺改进与应用

韩毅 李运池

摘要：河南省洛阳市义安矿业11040工作面沿煤层走向布置，上巷为36U型棚断面，按照以往支护工艺需安排专门修护队伍替棚压架，工序多、工艺复杂，且效率较低。为提高工效，保证现场安全，对工作面超前支护工艺改进。

关键词：综采、液压抬棚、支护强度、顶板

111040工作面概况

11040工作面位于11采区西侧，工作面标高-200.58～245.8m，平均埋深565m。走向长1131m，倾向宽204m。该工作面煤层结构简单，煤层平均厚度5.3m，平均倾角3°，属较稳定煤层。

2顶、底板岩性

（1）顶板岩性：11040工作面伪不发育。直接顶为深灰色砂质泥岩，平均厚度2.5m;老顶为灰色中～细粒砂岩，平均厚度7.3m。（2）底板岩性：11040工作面直接底为深灰色沙质泥岩，厚度3.8m;老底为深灰色L7灰岩，厚层状，垂直裂隙发育，厚度5.6m，为本井田主要标志层之一[1]。

3上巷超前支护工艺优化方案

（1）现场条件：原上巷为沿顶掘进巷道（36U型棚支护，设计断面：巷高3954mm，巷宽5672mm），回采过程中上巷需安排专门修护队伍提前替棚压架，支护工艺复杂、效率低。现工作面进入薄煤带，需加快推进速度。若按原支护工艺，压架进度1.4m/天明显滞后，不能满足2.5m/天的回采需要。（2）优化后的上巷超前支护：1.上巷不再进行替棚、压架，36U型棚梁不再回撤;2.上帮36U棚腿超前上隅角2棚、煤墙侧超前切眼5棚，替换为单体柱棚腿（保证36U顶梁头高于机尾支架100mm以上）;3.原超前支护段两路液压抬棚，改为一路液压抬棚（型号为：ZD2200/20/39，支护高度2m～3.9m），打在36U棚正中;4.上巷超前支护长度由20m改为30m[2]。

4经济性、安全性对比

通过上表可以看出，使用方案二的超前支护形式，优势明显：

5优化后支护强度验算

5.1超前支护段每平方米所需的支护强度：

P1=9.81hγk=9.81×2.5×2.4×3.5=206kN/㎡

P2=9.81hγk2=9.81×2.5×2.4×2=117.7kN/㎡

式中：P1—超前支护8m内合理的支护强度，kN/㎡;P2—超前支护8m外合理的支护强度，kN/㎡;h—采高，取2.5m;γ—岩石平均容重，2.4t/m³;k—工作面超前支承压力峰值位置距煤壁4～8m，相当于2～3.5倍回采高度，超前支护8m内取3.5倍，8m外取2倍。

5.2原36U棚理论支护强度：

采用直接顶压力计算法，巷道支护强度至少应平衡直接顶的岩重，为：

P原=hzγzfz=2.5×2400×9.81×1=58.9kN/㎡

式中：P原—巷道内基本支架的支护强度，kN/㎡;hz—直接顶分层厚度，取2.5m;γz—直接顶密度与当地自由落体加速度之积，直接顶密度取2.4t/

m³;fz—悬顶系数，一般情况下可按fz=1计算。

5.3每架36U棚的有效支护强度：

P3=P原×S×C

式中：P3—巷道每棚有效支護强度，kN;P原—原巷道支护强度，kN/㎡;S—支护面积，取梁长（3.3m×2-0.52）×0.7m=4.23㎡;C—支护有效系数，架棚巷道取0.6。

36U形棚：P3=P原×S×C=58.9×4.23×0.6=149.5kN

5.4现上巷超前支护理论每棚需增加的支护强度：

P4=P1×S-P3;P5=P2×S-P3

式中：P4——巷道超前支护8m内支护强度，kN;P5———巷道超前支护8m外支护强度，kN;4.23——每棚36U棚梁的支护面积，㎡上巷切眼向外8m内（共11棚），每棚需增加的支护强度：

P4=206×4.23-149.5=721.9kN

上巷切眼外8m—30m段（31棚），每棚需增加的支护强度：

P5=117.7×4.23-149.5=348.4kN

根据计算，超前支护需增加的总支撑力为：

11棚×721.9kN+31棚×348.4kN=18741.3kN

实际采用12架2.8m液压抬棚（型号：ZD2200/20/39）支护，总支撑力为：12架×2200kN=26400kN。验算结果超过理论数量，故优化后支护方案能够满足工作面上巷超前支护需要[3]。

参考文献：

[1]综放工作面液压支架拆除技术分析与探讨[J].窦瑞军.机械管理发.2021（12）

[2]浅谈综采工作面液压支架拆除新工艺[J].程期艳.企业技术开发.2020（07）