李秋禮 明萬慶 張永全
河南能源化工集團公司龍山煤業有限責任公司河南安陽455000
摘要 採煤工作面端頭及超前巷道懸頂面積大，設備集中，受采動壓力影響大，維護困難，是影響採煤面生產的主要環節之一，也是工作面事故多發點之一，在頂板破碎的綜采工作面，這個問題更為突出，龍山煤礦11 煤柱綜采工作面的端頭與超前支護，一直嚴重影響著生產、安全和經濟效益，成為綜采生產中的一大難題，值得工程技術人員進行研究。
關鍵詞 11 煤柱；綜采工作；超前支護
1 概況
1.1 11 煤柱工作面概況11 煤柱綜采工作面位於11 採區三條上山上部，北部及南部為11 採區兩翼工作面採空區，西部為11 採區上車場及迴風井保護煤柱，東部為-220 大巷保護煤柱。工作面平均傾斜長度為395m，工作面平均長度141m，工作面煤層厚度最小為1.6m，最大為8.2m，平均煤層厚度為6.1m。工作面煤層傾角為4毅耀10毅，平均為7毅，工作面運輸順槽採用U36 型鋼支護，巷寬4.5m 以上；軌道順槽採用U29 型鋼支護，巷寬4.5m 以上。
頂底板岩性：工作面無偽頂，直接頂是黑色泥岩，平均厚度2.3m，破碎易冒落；直接頂是泥岩，砂質泥岩，平均厚度8.2m；根據工作面掘進期間收集的地質資料，工作面回採期間將會受到5 條斷層影響（延伸到工作面內的斷層），這5 條斷層均為正斷層，最大落差為8m，最小落差約為2m。
由以上可知，11 煤柱工作面頂板破碎易冒落，底板較鬆軟，端頭及超前支護比較困難。
1.2 11 煤柱順槽超前壓力的分布規律根據11 煤柱工作面迴風順槽超前及端頭的礦壓觀測資料和各採煤面順槽的實際觀察，得出正常推進採煤面順槽頂板支撐力分布規律，該分布規律說明，順槽距煤壁1耀2m 段為急增壓區，2耀5m 左右為支撐壓力峰值區，5耀15m 段為增壓區，15耀30m 為緩增壓區，30耀50m 為壓力影響區。所以正常推進工作面順槽超前支護的重點是加強工作面15m 以內的支護強度，對2耀5m的壓力峰值區應該格外重視；超前支護的距離不能少於20m。
2 綜采工作面端頭與超前支護演變過程
前後木垛支護———後木垛與抬棚支護———四對八根工字鋼樑支護———超前液壓支架支護。（1）第一代前後木垛支護，因木垛初撐力較小，交替前移造成頂板下沉量大，破碎速度加快。於第二代是後木垛抬棚支護，這種支護增加了運輸機前的頂板初撐力，減少了頂板下沉量。（3）第三代是四對八根工字鋼樑支護。（4）第四代是超前液壓支架支護。
3 煤柱工作面端頭及超前支護設計
3.1「超前支架」支護形式（1）上順槽超前支護0耀14m 採用四組「超前支架」支護，每組「超前支架」由兩架長度為3.4m，寬度為0.5m 的單架組成，每組「超前支架」兩個頂梁之間使用兩根液壓千斤頂作為連接，起穩固頂梁的作用。每個單架「超前支架」共有大立柱4 個，前後各一對，頂梁與底座之間使用「三連杆」連接，位於前後大立柱之間，使移架時頂梁與底座能夠同步前進。每組支架兩個單架之間凈寬度為1.0耀1.2m，作為行人通道，「超前支架」偏上順槽上幫側打設。組與組之間使用兩個推拉千斤頂連接，用於拉移支架。於下順槽端頭（安全口處）採用一組「超前支架」作為端頭支架加強支護，端頭支架單架長度為4.3m，寬度為0.5m，下端頭向外採用三組「超前支架」支護，支架形式與上順槽「超前支架」形式相同。四組「超前支架」靠工作面煤牆側跨下順槽40T 刮板輸送機打設。（3）上、下順槽「超前支護」由里向外方向，1#組、2# 組支架前後兩個單架分別使用一組液壓操作閥組進行控制操作，3# 組、4# 組支架前後兩個單架分別使用一組液壓操作閥組進行控制操作，每組操作閥組共有7 個操作手柄，分別控制前、後單架之間的推拉千斤頂、前單架的前、後大立柱、後單架的前、後大立柱以及連接頂梁的前、後頂梁千斤頂。（4）超前液壓支架實物圖。
3.2「超前支架」打設標準（1）上順槽「超前支架」偏上幫側打設，下順槽「超前支架」偏煤牆側打設。四組「超前支架」前後按線打設，每組支架左右單架梁頭保持一致。（2）「超前支架」單架之間凈寬度為1.0耀1.2m，支架高度要求頂樑上平面至底板之間高度不小於2.2m。（3）下端頭「端頭支架」緊靠工作面1# 支架下方側跨40T 打設。（4）「超前支架」操作閥組固定在前後兩組支架之間前一組支架尾梁處，操作手柄使用閉鎖環閉鎖，防止支架誤動作。操作手柄操作方法與工作面支架雷同，向外推動操作手柄時，各千斤頂伸出，向里收回操作手柄時，各千斤頂收縮。（5）「超前支架」液壓管路使用束線卡進行綁紮，規範固定在支架頂梁下沿。（6）「超前支架」由外向里分別編號為1#、2#、3#、4# 支架。
4 端頭及超前液壓支架幾代之間的優缺點對比
（1）第一代前後木垛支護，因木垛初撐力較小，交替前移造成頂板下沉量大，破碎速度加快，特別是前木垛移動使運輸機頭處頂板易冒落，且木垛空間太小，行人、運料、維護較困難。（2）第二代後木垛抬棚支護，這種支護增加了運輸機前的頂板初撐力，減少了頂板下沉量，滿足了行人、運料空間，但降低了支護強度。老頂周期來壓時，頂板下沉速度增大，抬棚在運輸機減速器後1m 處被壓進冒落的岩石中，柱子被埋死，回收十分困難，大部分被壓進老塘，材料消耗增大，經濟效益下降。（3）第三代四對八根工字鋼樑支護，工人勞動強度大，操作麻煩，支護強度較弱。（4）第四代超前液壓支架支護，操作簡單，勞動強度小，支護強度高（從單體液壓支柱初撐力5MPa 提高到15MPa），支護強度提高了3 倍，安全效益好，確保了職工安全。
安全效益方面，死人事故會影響人們的心理，造成心理恐慌，在相當長一段時間內使工人情緒低落，增加了二次事故的發生係數。11 煤柱工作面回採以來，新研究設計的第四代端頭及超前液壓支架現場應用以來，沒有發生過安全生產的事故，同時符合了國家提倡的創新驅動，鼓勵企業研發使用新設備、新工藝的理念，確保了礦井煤炭安全生產，一舉改變了工作面端頭及超前支護是工作面安全短板的固有思想，為採煤工作面安全高效生產奠定了堅實的基礎。
作者簡介 李秋禮（1975.4—），供職於河南能源化工集團公司龍山煤業有限責任公司，研究方向：礦山支護。
河南能源化工集團公司龍山煤業有限責任公司河南安陽455000
摘要 採煤工作面端頭及超前巷道懸頂面積大，設備集中，受采動壓力影響大，維護困難，是影響採煤面生產的主要環節之一，也是工作面事故多發點之一，在頂板破碎的綜采工作面，這個問題更為突出，龍山煤礦11 煤柱綜采工作面的端頭與超前支護，一直嚴重影響著生產、安全和經濟效益，成為綜采生產中的一大難題，值得工程技術人員進行研究。
關鍵詞 11 煤柱；綜采工作；超前支護
1 概況
1.1 11 煤柱工作面概況11 煤柱綜采工作面位於11 採區三條上山上部，北部及南部為11 採區兩翼工作面採空區，西部為11 採區上車場及迴風井保護煤柱，東部為-220 大巷保護煤柱。工作面平均傾斜長度為395m，工作面平均長度141m，工作面煤層厚度最小為1.6m，最大為8.2m，平均煤層厚度為6.1m。工作面煤層傾角為4毅耀10毅，平均為7毅，工作面運輸順槽採用U36 型鋼支護，巷寬4.5m 以上；軌道順槽採用U29 型鋼支護，巷寬4.5m 以上。
頂底板岩性：工作面無偽頂，直接頂是黑色泥岩，平均厚度2.3m，破碎易冒落；直接頂是泥岩，砂質泥岩，平均厚度8.2m；根據工作面掘進期間收集的地質資料，工作面回採期間將會受到5 條斷層影響（延伸到工作面內的斷層），這5 條斷層均為正斷層，最大落差為8m，最小落差約為2m。
由以上可知，11 煤柱工作面頂板破碎易冒落，底板較鬆軟，端頭及超前支護比較困難。
1.2 11 煤柱順槽超前壓力的分布規律根據11 煤柱工作面迴風順槽超前及端頭的礦壓觀測資料和各採煤面順槽的實際觀察，得出正常推進採煤面順槽頂板支撐力分布規律，該分布規律說明，順槽距煤壁1耀2m 段為急增壓區，2耀5m 左右為支撐壓力峰值區，5耀15m 段為增壓區，15耀30m 為緩增壓區，30耀50m 為壓力影響區。所以正常推進工作面順槽超前支護的重點是加強工作面15m 以內的支護強度，對2耀5m的壓力峰值區應該格外重視；超前支護的距離不能少於20m。
2 綜采工作面端頭與超前支護演變過程
前後木垛支護———後木垛與抬棚支護———四對八根工字鋼樑支護———超前液壓支架支護。（1）第一代前後木垛支護，因木垛初撐力較小，交替前移造成頂板下沉量大，破碎速度加快。於第二代是後木垛抬棚支護，這種支護增加了運輸機前的頂板初撐力，減少了頂板下沉量。（3）第三代是四對八根工字鋼樑支護。（4）第四代是超前液壓支架支護。
3 煤柱工作面端頭及超前支護設計
3.1「超前支架」支護形式（1）上順槽超前支護0耀14m 採用四組「超前支架」支護，每組「超前支架」由兩架長度為3.4m，寬度為0.5m 的單架組成，每組「超前支架」兩個頂梁之間使用兩根液壓千斤頂作為連接，起穩固頂梁的作用。每個單架「超前支架」共有大立柱4 個，前後各一對，頂梁與底座之間使用「三連杆」連接，位於前後大立柱之間，使移架時頂梁與底座能夠同步前進。每組支架兩個單架之間凈寬度為1.0耀1.2m，作為行人通道，「超前支架」偏上順槽上幫側打設。組與組之間使用兩個推拉千斤頂連接，用於拉移支架。於下順槽端頭（安全口處）採用一組「超前支架」作為端頭支架加強支護，端頭支架單架長度為4.3m，寬度為0.5m，下端頭向外採用三組「超前支架」支護，支架形式與上順槽「超前支架」形式相同。四組「超前支架」靠工作面煤牆側跨下順槽40T 刮板輸送機打設。（3）上、下順槽「超前支護」由里向外方向，1#組、2# 組支架前後兩個單架分別使用一組液壓操作閥組進行控制操作，3# 組、4# 組支架前後兩個單架分別使用一組液壓操作閥組進行控制操作，每組操作閥組共有7 個操作手柄，分別控制前、後單架之間的推拉千斤頂、前單架的前、後大立柱、後單架的前、後大立柱以及連接頂梁的前、後頂梁千斤頂。（4）超前液壓支架實物圖。
3.2「超前支架」打設標準（1）上順槽「超前支架」偏上幫側打設，下順槽「超前支架」偏煤牆側打設。四組「超前支架」前後按線打設，每組支架左右單架梁頭保持一致。（2）「超前支架」單架之間凈寬度為1.0耀1.2m，支架高度要求頂樑上平面至底板之間高度不小於2.2m。（3）下端頭「端頭支架」緊靠工作面1# 支架下方側跨40T 打設。（4）「超前支架」操作閥組固定在前後兩組支架之間前一組支架尾梁處，操作手柄使用閉鎖環閉鎖，防止支架誤動作。操作手柄操作方法與工作面支架雷同，向外推動操作手柄時，各千斤頂伸出，向里收回操作手柄時，各千斤頂收縮。（5）「超前支架」液壓管路使用束線卡進行綁紮，規範固定在支架頂梁下沿。（6）「超前支架」由外向里分別編號為1#、2#、3#、4# 支架。
4 端頭及超前液壓支架幾代之間的優缺點對比
（1）第一代前後木垛支護，因木垛初撐力較小，交替前移造成頂板下沉量大，破碎速度加快，特別是前木垛移動使運輸機頭處頂板易冒落，且木垛空間太小，行人、運料、維護較困難。（2）第二代後木垛抬棚支護，這種支護增加了運輸機前的頂板初撐力，減少了頂板下沉量，滿足了行人、運料空間，但降低了支護強度。老頂周期來壓時，頂板下沉速度增大，抬棚在運輸機減速器後1m 處被壓進冒落的岩石中，柱子被埋死，回收十分困難，大部分被壓進老塘，材料消耗增大，經濟效益下降。（3）第三代四對八根工字鋼樑支護，工人勞動強度大，操作麻煩，支護強度較弱。（4）第四代超前液壓支架支護，操作簡單，勞動強度小，支護強度高（從單體液壓支柱初撐力5MPa 提高到15MPa），支護強度提高了3 倍，安全效益好，確保了職工安全。
安全效益方面，死人事故會影響人們的心理，造成心理恐慌，在相當長一段時間內使工人情緒低落，增加了二次事故的發生係數。11 煤柱工作面回採以來，新研究設計的第四代端頭及超前液壓支架現場應用以來，沒有發生過安全生產的事故，同時符合了國家提倡的創新驅動，鼓勵企業研發使用新設備、新工藝的理念，確保了礦井煤炭安全生產，一舉改變了工作面端頭及超前支護是工作面安全短板的固有思想，為採煤工作面安全高效生產奠定了堅實的基礎。
作者簡介 李秋禮（1975.4—），供職於河南能源化工集團公司龍山煤業有限責任公司，研究方向：礦山支護。
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