綜采工作面兩巷超前支架及端頭支架的應用技術

張興剛

摘 要：以淮北礦業(yè)神源煤化工（鄒莊礦）3204工作面為例，分析超前支架及端頭支架的應用技術，在此基礎上對超前支架及端頭支架及配套設備進行合理選型，與綜采工作面兩巷的支護形式有效的結(jié)合起來，充分減少勞動生產(chǎn)力，大大提高綜采工作面的采煤效率，最終確保實現(xiàn)經(jīng)濟、實用、安全、高效開采的目標。

關鍵詞：綜采工作面；超前支架；端頭支架

引言

隨著淮北礦業(yè)采煤技術的發(fā)展，采煤機械化程度達到97%以上，而在神源煤化工有限公司，采煤機械化程度實現(xiàn)了100%，作為新投產(chǎn)礦井，根據(jù)神源煤化工有限公司（鄒莊礦）的煤層分布情況，主要采煤方式是綜采一次采全高，為了最大限度地發(fā)揮機械化程度，綜采工作面兩巷及下端頭分別引進了超前支架及端頭支架，大大提高了綜采工作面的回采效率，大大減輕了職工的勞動強度，對此，為了發(fā)揮超前支架及端頭支架的作用，通過對現(xiàn)場的實踐及應用，保證綜采工作面的高產(chǎn)高效，對綜采工作面兩巷超前支架及端頭支架的應用技術進行了研究。

1 神源煤化工（鄒莊礦）及3204工作面的地質(zhì)概況

1.1 鄒莊礦概況

安徽神源煤化工（鄒莊礦）位于淮北礦區(qū)東南部的雙堆小區(qū)，地處安徽省濉溪縣境內(nèi)，距宿州市約25km。東以雙堆斷層及F22斷層為界，西以南坪斷層為界；南以10煤露頭線為界，北以27勘探線與錢營孜煤礦為界。南北長約6.5km，東西寬約3～5km，面積約28.1815km2。全礦井地質(zhì)資源量333.4739Mt，可采儲量169.1851Mt。

區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為一較寬緩軸向北東向西南仰起的向斜，其東翼被雙堆斷層切割，西翼被南坪斷層及F25斷層所夾一系列斷層切割。區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育，中部煤組62、72、82煤層遭受巖漿巖侵蝕破壞。本區(qū)可采煤層自上而下分別為：32、51、52、62、72、82、10計7層。依據(jù)煤層的可采指數(shù)和可采面積指數(shù)綜合確定本區(qū)32、62、72、82為較穩(wěn)定煤層。51、52、10為不穩(wěn)定煤層。

礦井設計生產(chǎn)能力為240萬t/a，礦井設計服務年限為50.3a。礦井采用立井多水平開拓方式，設主井、副井、中央風井3個井筒，（東風井正規(guī)劃中）一水平標高-720m，二水平標高-950m。煤種以氣煤及1/3焦煤為主。

1.2 3204工作面概況

3204工作面為鄒莊礦首采面，四周均無采掘情況。東臨DF12斷層，南到工業(yè)廣場保護煤柱，西臨DF8斷層與32采區(qū)邊界線，北到鄒莊煤礦采區(qū)邊界。工作面標高-689.7～-791.1m；面長225m，煤層厚度1.9～3.6m，平均煤厚2.85m，可采儲量116.58萬噸；煤層結(jié)構(gòu)較復雜，煤層傾角4～24°，平均傾角8°；直接頂為泥巖，厚度5.71～6.76m，平均厚度6.23m；直接底為泥巖，厚度3.25～3.85m，平均厚度3.55m；老頂為泥巖、細砂巖，厚度9.13～28.78m，平均厚度18.9m。

兩巷支護形式均為平頂U型棚支護，機巷走向長度1380m，風巷走向長度1490m，平均走向長度1485m。U型棚均為U36型，棚檔700mm，采用鋼筋笆背幫過頂。巷道支護斷面圖如圖1：

圖1 巷道支護斷面

2 3204綜采工作面超前支架及端頭支架應用技術分析：

2.1 超前支架性能

（1）風巷采用ZQL2×4000/18/35型超前支架3.5組（一組兩架，每架14.5t）：

支撐寬度：1.8～3.5m；

支撐寬度：？芨2100mm

中心距：1.73m

初撐力：（P=31.5MPa）2×3090kN

工作阻力：（P=40.76MPa）2×4000kN

支護強度：平均1.55MPa（單架）

推移步距：1700mm

泵站壓力：31.5MPa

操作方式：手動本架

（2）機巷采用ZQL2×4000/18/35型超前支架4組（一組一架，每架28t）

支撐寬度：1.8～3.5m；

支撐寬度：？芨2430mm

初撐力：（P=31.5MPa）2×3090kN

工作阻力：（P=40.76MPa）2×4000kN

支護強度：平均1.09 MPa（單架）

推移步距：900mm

泵站壓力：31.5MPa

操作方式：手動本架

2.2 端頭支架性能

工作面下端頭采用ZTZ14500/21/40型綜采端頭液壓支架，架型為六立柱支撐掩護式。

支撐高度：2.1m～4.0m

支護寬度：1.62～1.82m

中心距：1.75m

初撐力：（P=31.5MPa）11640KN

工作阻力：（P=39.3MPa）14500KN

支護強度：（平均）1.02MPa

對底板比壓：（平均）2.89MPa

推移步距：900mm

泵站壓力：31.5MPa

操作方式：手動本架

最大不可解體尺寸：4800×1620×1500mm

最大不可解體重量：10噸

該端頭支架與SGZ-1000/2000型刮板機（張家口）、MG650/1620-WD型采煤機（上海天地）、SZZ-1000/400型轉(zhuǎn)載機（淮南長壁）、PLM-3000破碎機配套使用，其中，端頭支架推移板與轉(zhuǎn)載機機尾操作采用硬聯(lián)接，轉(zhuǎn)載機機尾為特殊槽，以保證端頭支架正常拉移。

2.3 超前支架、端頭支架的技術應用分析

（1）適應性強：超前支架、端頭支架最適用平頂U型棚支護及錨桿支護，可以延伸的半圓頂U型棚支護，為此對超前支架的靈活性提出了要求。超前支架、端頭支架有效控制了綜采工作面兩巷的超前壓力，避免了因支護強度低造成的巷道變形，保證了巷道高度不低于1.8m，人行道寬度不低于0.7m，避免了二次維護。同時，保證了上下出口的高度不低于1.8m，為上下端頭作業(yè)人員提供了足夠的安全空間。

（2）安全可靠：傳統(tǒng)綜采工作面超前支護、端頭支護是采用長鋼梁、單體鉸接梁等支護方式，人工回柱放頂極不安全，可能導致各類頂板傷人事故發(fā)生。而使用超前支架、端頭支架后因其工作阻力大、支撐能力強、性能可靠、耐久性長、操作方便等的特點大大提高了端頭支護的支護效果，確保人員在工作面機頭作業(yè)的安全，降低了人員在機頭附近頻繁作業(yè)的風險，有效地控制了頂板，杜絕了事故發(fā)生。同時，端頭支架的使用降低了支護對頂板的局部比壓，保護頂板的完整性，實現(xiàn)了對破碎頂板的封閉式管理。

（3）減員提效：綜采工作面正規(guī)循環(huán)是三個班作業(yè)，兩巷超前管理采用傳統(tǒng)的抹帽替棚支護，必須專設一個準備班進行抹帽作替棚作業(yè)，至少需要24人才能完成保證一個圓班的推進度，而使用超前支架后，僅需2人作業(yè)即可解決維護超前管理問題，大大解放節(jié)約了用工量。端頭使用長鋼梁、單體鉸接梁等傳統(tǒng)支護方式每班至少需要6人支柱、回柱及維護，而使用端頭支架后，每班只需2人配合操作拉移支架即可，每班可減少勞動力4人，三班共12人。并且減少了支柱、回柱的工序，節(jié)省了因端頭維護而影響割煤的時間，無形中提高了煤機開機率，從而提高推進度，增加了煤炭產(chǎn)量。

（4）降低強度：傳統(tǒng)長鋼梁、單體鉸接梁抹帽替棚支護等傳統(tǒng)支護方式人員運柱子、運梁子、支柱子、掛梁子等都需要很大的體力消耗，多了作業(yè)環(huán)節(jié)，勢必增大安全風險，增加事故點，而且要完成當班任務都必須不間斷地作業(yè)，增加工人當班的勞動強度、人性化低。而使用、超前支架、端頭支架后，幾乎不需要搬運材料，也不需要人工支護，給工人保持了體能，更有利于現(xiàn)場操作安全。同時，減少了因端頭壓力過大造成的二次使棚環(huán)節(jié)。

3 綜采工作面超前支架及端頭支架改進

3.1 超前支架

（1）超前支架整體式和分開式，應優(yōu)先選用分開式，整體式對巷道寬度要求大，活動空間受的限制，而分開式則可以根據(jù)巷道的寬度進行靈活調(diào)整。

（2）對在平頂U型棚支護巷道中使用超前支架可以去掉超前支架兩側(cè)的護幫板及其結(jié)構(gòu)，因為兩側(cè)的護幫板及結(jié)構(gòu)，沒用發(fā)揮其最大的性能，反而制約超前支架的正規(guī)使用，導致超前支架的頂梁不能發(fā)揮更好的支撐作用，降低支護效果，同時，影響超前支架安全順利拉移。

（3）在半圓頂U型棚支護巷道中使用超前支架，要盡量地增加超前支架的防倒性能，并需相方設法增加超前支架的頂梁面部結(jié)構(gòu)，使之與半圓頂U型棚密切結(jié)合，防止并列兩排式超前支架向巷道中間簇擁，造成歪架。

3.2 端頭支架

（1）端頭支架架型比較笨重，拉移不靈活，受條件制約影響嚴重，因此，端頭支架不要過大，可以選用寬度較小1.2m～1.5m的支架，可以提高端頭支架的拉移調(diào)整靈活度，減少拉移時間。

（2）端頭支架的使用在U型棚支護巷道中，因巷道肩窩和工作面銜接處的棚梁影響，造成端頭支架很難升起、很難拉移，必須先想辦法將肩窩處的U型棚梁子鋸掉或用單體打到頂板上方可往前拉移，給生產(chǎn)帶來被動，是機頭出煤的瓶頸，因此，端頭支架的使用在U型棚巷道中要充分考慮這一點。

（3）端頭支架要充分考慮和機巷轉(zhuǎn)載機機尾及工作面運輸機機頭處的匹配聯(lián)接，要保證和轉(zhuǎn)載機的有效聯(lián)接拉移，可以在轉(zhuǎn)載機機尾左右側(cè)靈活布置多個（2～3）個聯(lián)接眼，以防止機頭上竄或下滑用豎銷順利聯(lián)接。端頭支架的與機巷下幫相接的下側(cè)、及與中間架相接的上側(cè)要有可靠的防竄矸板。

4 結(jié)束語

在目前現(xiàn)代化的綜采工藝下，合理選用、引進、改進超前支架、端頭支架的性能，直接影響著綜采工作面的產(chǎn)量效率及開機率，從而，充分發(fā)揮機械化的性能，減少不必要的人力勞動，特別是在目前煤炭效益不景氣的情況下，淮北礦業(yè)經(jīng)營效益最艱難的情況下，為了降本增效，節(jié)支降耗，更應該引進推廣超前支架支護及端頭支護，使之和錨網(wǎng)支護聯(lián)合起來推廣，更見成效。

參考文獻

[1]馬新民.礦山機械[M].

[2]徐永圻.煤礦開采學[M].

[3]李法柱.綜采工作面新型超前支架研究與應用[M].