煤矿采煤工作面超前支护的应用与发展

煤矿采煤工作面超前支护的应用与发展

李文强

四川省川南煤业有限公司鲁班山北矿  四川宜宾   644000

摘要：煤炭资源在我国经济发展中是非常重要的能源，随着煤矿开采力度的加强煤矿开采深度不断增加，矿山存在着更加明显的压力，也就不断加大了煤矿工作面超前支护的难度，特别是沿空巷道，如果没有足够的支护强度和支护距离将会导致冒顶和冲击地压等安全事故，依据矿压显现规律，本文详细对比分析了金属顶梁配合单体液压支柱支护、自移式顺槽支架支护、交替移动式支架支护以及单元式支架支护等几种支护方式的优缺点。通过巷道断面尺寸和超前支护优化措施的应用，能够增强支护顶板的安全性，还能够具有操作较为方便的效果，为煤矿采煤工作面超前支护的应用提供了帮助。

关键词：煤矿、采煤工作面、超前支护、应用与发展

在煤矿开采工作过程中顶板事故是不能够忽视的一类安全事故，采煤工作面顶板事故与巷道顶板事故是煤矿顶板事故的两类情况。经过多年的发展，煤矿企业已经逐步推广应用综合机械化和智能化的开采，在煤矿采煤工艺和采煤方法等方面取得了明显的发展，同时，发生采煤工作面顶板事故的几率也得到了较大程度的降低。在开采深度不断增加的情况下，岩性也随之发生了变化，矿压也更加明显，为了能够便于大型生产系统的需要不断扩大巷道断面，发生巷道顶杆事故的可能性也随着增加，特别是采煤工作面回采巷道超前支护段。巷道支护的强度和形式较大程度的影响到顶板事故的发生，两者具有较为密切的联系，煤矿企业安全生产的前提保证是需要具有科学的超前支护方式。当前已经应用的超前支护包括包括金属顶梁配合单体液压支柱、支撑式顺槽支架、交替式移动支架、单元式支架等，各类支护方式各具有优缺点，本文将重点进行各类支护方式的对比分析。

一、沿空巷道矿压分带及其特征分析

经过对一些典型煤矿已经开采的工作面相关数据资料的研究与分析，回采巷道沿着推进方向可以划分为卸载带、增压带以及原岩应力带等三个主要部分，下面进行详细的研究与分析。一是卸载带，卸载带也叫作减压带，一般情况下是两米到六米，在该处位置受到过支承压力的作用，煤体已经在不同程度上出现了变形和破坏等问题，因此，具有相对较低的承载能力，同时上覆岩层的支承点会转移到煤体的深部，也就是在煤体边缘地区会形成受力比原岩应力更低的地带；二是增压带的研究分析，增压带也可以被称为支承压力影响带，还可以叫做应力增高带，可以划分为压力上升带、压力高峰带以及压力下降带三种。根据对欧协煤矿矿井下的观察发现，增压带一般为二十米到四十米之间，由于不同的采场条件，有的可以达到五十米到六十米，甚至可以达到更远。经过大量的实践研究得知，在这个范围之内，巷道容易发生较大程度的变形和破坏，具有非常大的维护难度，应该在该处加强支护；三是原岩应力带，原岩压力带是增压带向外的区域，实体侧通常在三十米到四十米之外，岩空侧一般在五十米到六十米之外，该处的巷道通常情况下不容易受到破坏，维护的难度相对较小。通过上述分析得知，采煤工作面超前支护需要重点维护增压带，该范围通常为工作面煤壁向外六十米左右，为了更加安全需要维护两倍范围，也就是超前支护范围是煤壁向外一百二十米。

二、煤矿采煤工作面超前支护方式的对比分析

很多煤矿从建矿以后需要不断的将超前支护方式进行优化和调整，应用了多种支护方式，现将各种支护方式进行对比分析。

（一）金属顶梁配合单体液压支柱支护方式分析

岩空巷道居中支设三路金属十字梁支护顶板，大小约为1.2米*0.8米，顶梁1.2米长梁倾向布置，一根金属十字梁支设在每个十字梁主副梁交叉位置前后，不采侧和采侧两路十字梁分别在外侧或者内侧主梁上还要补支一根金属十字梁在，实现一排八柱的目的。该支护方式具有两个方面的优势，一是采用的是相互铰接的方式能够将金属顶梁形成一体，具有较大的顶板接触面积，能够在顶板矿山压力不大的情况下具有较好效果的顶板维护；二是伴随工作面的回采，后方金属梁和单体回撤并支设在前方，中间段保持不懂，对顶板没有反复支撑的影响。该支护方式也具有以下三个方面的缺点，一是具有相对较低强度的支护，容易造成顶板的下沉，具有较大量的单体支柱钻底且具有较大难度的回撤，甚至有可能出现压死或者这段单体支柱等问题；二是应用较多的支护材料，耗费大量的租赁费用，支护距离120米就大约需要金属梁450根和单体3600根；三是具有较大的劳动强度且效率较低，在前期安装和生产中替棚都需要很多施工人员，而且在工作中物料只能人工抬扛，工作效率低且风险较大。

（二）自移式顺槽支架支护方式分析

自移式顺槽支架支护方式在岩空巷道中应用具有两个方面的优点，一是自移式顺槽支架具有较大的工作阻力和较大强度的支护，能够对顶板进行有效的支护；二是具有相对简单的工序且非常方便的拉移，相对具有相对较低的劳动强度。该方式的存在以下两个缺点：一是向前移动每个步距所有支架都药完成降架、移架和升架等工作循环，顶梁解除区域降架时卸载且升架时加载，对顶板高频率反复支撑会对巷道顶板和锚网索支护系统造成破坏，对顶板完整性产生破坏；二是经过反复支撑顶板后对产生巷道顶板下沉和鼓帮等问题，会对支架活动空间进行压缩，容易造成压死支架的问题，特别在煤壁安全出口处会应县IG到行为，还会影响到通风断面。

（三）交替移动式支架支护方式分析

交替移动式超前支架需要成对倾向布置，在推进工作面的时候，将最后一组支架应用搬运车穿过前面支架移动到最前支架的前面升起，即完成一次循环。该支护方式具有以下三个优点：一是具有相对简单的设备结构，比较方便操作和维护；二是具有较高的设计工作阻力且较大面积的支护，支护强度相对较高且稳定，能够有效发挥支护效能，相对于单体支护，较大程度的提升了顶板支护能力；三是不会出现反复支撑顶板的情况，确保具有更加安全的工作环境。该方式的缺点表现在向前挪移支架的嘶吼需要应用支架搬运车，如果出现倾角较大的顶板和起伏不平的情况，操作较为困难，较大的依赖底板条件。

（四）单元式支架支护方式分析

单元式支架需要成对走向布置，在推进工作面的时候，将最后一组之间应用单轨吊移动到最前支架的前面升起即完成一个循环。该方式主要有以下四个方面的优点，一是具有较高的设计工作阻力且有着较大的强度和稳定性，更加有利于维护顶板，具有较好的支护效果；二是具有较强的支护距离，每两到三天向前挪动一组支架，这样就在较大程度上减少了人员作业的频率和世家你，降低了生产期间超前支护工作人员的数量和工作强度；三是采用风动单轨吊运输单元式支架，在较大程度上降低了工作人员的工作强度；四是应用单轨吊向前进行移动，能够将最后一组党员支架移动到超前支护的最外段，不会对顶板造成破坏，有力的保证了顶板的完整。该方式必须应用单轨吊移动单元式支架，需要较高要求的单轨吊安装质量和高度。

经过上述对比研究和分析，采煤工作面超前支护应用单元式支架方式具有非常明显的优点，而且经过巷道断面尺寸优化和采取有效措施，能够确保应用单轨吊移动单元式支架，具有安全支护顶板和操作较为方便的良好效果。

三、总结语

综上所述，煤矿采煤工作面超前支护在开采工作中具有重要的地位，一旦处理不善将造成严重安全事故的发生。经过对多种支护方式的对比分析，采煤工作面岩空巷道超前支护最好的方式即为单元式支架支护方式，但是，还要根据不同采场条件设置单元式支架布置间距和长度。随着智能化水平的提升，单元式支架也朝着更加智能的方向发展，进一步提升工作效率。

参考文献:

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[2]刘新华.采煤工作面沿空巷道无反复支撑超前支护技术[J].煤炭工程,2017,49(11):38−40+44.

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