11煤柱综采工作面端头与超前支护研究浅析

李秋礼 明万庆 张永全

河南能源化工集团公司龙山煤业有限责任公司河南安阳455000

摘要 采煤工作面端头及超前巷道悬顶面积大，设备集中，受采动压力影响大，维护困难，是影响采煤面生产的主要环节之一，也是工作面事故多发点之一，在顶板破碎的综采工作面，这个问题更为突出，龙山煤矿11 煤柱综采工作面的端头与超前支护，一直严重影响着生产、安全和经济效益，成为综采生产中的一大难题，值得工程技术人员进行研究。

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关键词 11 煤柱；综采工作；超前支护

1 概况

1.1 11 煤柱工作面概况11 煤柱综采工作面位于11 采区三条上山上部，北部及南部为11 采区两翼工作面采空区，西部为11 采区上车场及回风井保护煤柱，东部为-220 大巷保护煤柱。工作面平均倾斜长度为395m，工作面平均长度141m，工作面煤层厚度最小为1.6m，最大为8.2m，平均煤层厚度为6.1m。工作面煤层倾角为4毅耀10毅，平均为7毅，工作面运输顺槽采用U36 型钢支护，巷宽4.5m 以上；轨道顺槽采用U29 型钢支护，巷宽4.5m 以上。

顶底板岩性：工作面无伪顶，直接顶是黑色泥岩，平均厚度2.3m，破碎易冒落；直接顶是泥岩，砂质泥岩，平均厚度8.2m；根据工作面掘进期间收集的地质资料，工作面回采期间将会受到5 条断层影响（延伸到工作面内的断层），这5 条断层均为正断层，最大落差为8m，最小落差约为2m。

由以上可知，11 煤柱工作面顶板破碎易冒落，底板较松软，端头及超前支护比较困难。

1.2 11 煤柱顺槽超前压力的分布规律根据11 煤柱工作面回风顺槽超前及端头的矿压观测资料和各采煤面顺槽的实际观察，得出正常推进采煤面顺槽顶板支撑力分布规律，该分布规律说明，顺槽距煤壁1耀2m 段为急增压区，2耀5m 左右为支撑压力峰值区，5耀15m 段为增压区，15耀30m 为缓增压区，30耀50m 为压力影响区。所以正常推进工作面顺槽超前支护的重点是加强工作面15m 以内的支护强度，对2耀5m的压力峰值区应该格外重视；超前支护的距离不能少于20m。

2 综采工作面端头与超前支护演变过程

前后木垛支护———后木垛与抬棚支护———四对八根工字钢梁支护———超前液压支架支护。（1）第一代前后木垛支护，因木垛初撑力较小，交替前移造成顶板下沉量大，破碎速度加快。于第二代是后木垛抬棚支护，这种支护增加了运输机前的顶板初撑力，减少了顶板下沉量。（3）第三代是四对八根工字钢梁支护。（4）第四代是超前液压支架支护。

3 煤柱工作面端头及超前支护设计

3.1“超前支架”支护形式（1）上顺槽超前支护0耀14m 采用四组“超前支架”支护，每组“超前支架”由两架长度为3.4m，宽度为0.5m 的单架组成，每组“超前支架”两个顶梁之间使用两根液压千斤顶作为连接，起稳固顶梁的作用。每个单架“超前支架”共有大立柱4 个，前后各一对，顶梁与底座之间使用“三连杆”连接，位于前后大立柱之间，使移架时顶梁与底座能够同步前进。每组支架两个单架之间净宽度为1.0耀1.2m，作为行人通道，“超前支架”偏上顺槽上帮侧打设。组与组之间使用两个推拉千斤顶连接，用于拉移支架。于下顺槽端头（安全口处）采用一组“超前支架”作为端头支架加强支护，端头支架单架长度为4.3m，宽度为0.5m，下端头向外采用三组“超前支架”支护，支架形式与上顺槽“超前支架”形式相同。四组“超前支架”靠工作面煤墙侧跨下顺槽40T 刮板输送机打设。（3）上、下顺槽“超前支护”由里向外方向，1#组、2# 组支架前后两个单架分别使用一组液压操作阀组进行控制操作，3# 组、4# 组支架前后两个单架分别使用一组液压操作阀组进行控制操作，每组操作阀组共有7 个操作手柄，分别控制前、后单架之间的推拉千斤顶、前单架的前、后大立柱、后单架的前、后大立柱以及连接顶梁的前、后顶梁千斤顶。（4）超前液压支架实物图。

3.2“超前支架”打设标准（1）上顺槽“超前支架”偏上帮侧打设，下顺槽“超前支架”偏煤墙侧打设。四组“超前支架”前后按线打设，每组支架左右单架梁头保持一致。（2）“超前支架”单架之间净宽度为1.0耀1.2m，支架高度要求顶梁上平面至底板之间高度不小于2.2m。（3）下端头“端头支架”紧靠工作面1# 支架下方侧跨40T 打设。（4）“超前支架”操作阀组固定在前后两组支架之间前一组支架尾梁处，操作手柄使用闭锁环闭锁，防止支架误动作。操作手柄操作方法与工作面支架雷同，向外推动操作手柄时，各千斤顶伸出，向里收回操作手柄时，各千斤顶收缩。（5）“超前支架”液压管路使用束线卡进行绑扎，规范固定在支架顶梁下沿。（6）“超前支架”由外向里分别编号为1#、2#、3#、4# 支架。

4 端头及超前液压支架几代之间的优缺点对比

（1）第一代前后木垛支护，因木垛初撑力较小，交替前移造成顶板下沉量大，破碎速度加快，特别是前木垛移动使运输机头处顶板易冒落，且木垛空间太小，行人、运料、维护较困难。（2）第二代后木垛抬棚支护，这种支护增加了运输机前的顶板初撑力，减少了顶板下沉量，满足了行人、运料空间，但降低了支护强度。老顶周期来压时，顶板下沉速度增大，抬棚在运输机减速器后1m 处被压进冒落的岩石中，柱子被埋死，回收十分困难，大部分被压进老塘，材料消耗增大，经济效益下降。（3）第三代四对八根工字钢梁支护，工人劳动强度大，操作麻烦，支护强度较弱。（4）第四代超前液压支架支护，操作简单，劳动强度小，支护强度高（从单体液压支柱初撑力5MPa 提高到15MPa），支护强度提高了3 倍，安全效益好，确保了职工安全。

安全效益方面，死人事故会影响人们的心理，造成心理恐慌，在相当长一段时间内使工人情绪低落，增加了二次事故的发生系数。11 煤柱工作面回采以来，新研究设计的第四代端头及超前液压支架现场应用以来，没有发生过安全生产的事故，同时符合了国家提倡的创新驱动，鼓励企业研发使用新设备、新工艺的理念，确保了矿井煤炭安全生产，一举改变了工作面端头及超前支护是工作面安全短板的固有思想，为采煤工作面安全高效生产奠定了坚实的基础。

作者简介 李秋礼（1975.4—），供职于河南能源化工集团公司龙山煤业有限责任公司，研究方向：矿山支护。