綜采工作面超前替棚支護工藝研究

馬壟翔，朱師波

(1.河南能源化工集團 義煤公司新安煤礦,河南 洛陽 471000；

·技術經驗·

綜采工作面超前替棚支護工藝研究

馬壟翔1，朱師波2

(1.河南能源化工集團 義煤公司新安煤礦,河南 洛陽 471000；

2.河南能源化工集團 義煤公司千秋煤礦,河南 義馬 472399)

新安煤礦綜采工作面兩巷主要采用12#工鋼梯形棚和36U可縮性支架支護，在回采過程中，需提前將兩巷支架用圓木替換，由于木梁強度小，經常造成木梁被壓裂、壓斷，給安全生產帶來隱患且該支護方法投入材料用量大、回收復用率低，造成材料大量浪費。對新安煤礦綜采工作面上下巷超前替棚支護工藝進行了研究，提出兩種改革方案，經過技術經濟效益比較，確定采用金屬鉸接頂梁代替原來木梁棚的支護，該支護方式消除了圓木運輸、上梁以及受壓彎折帶來的安全隱患，節省了材料費用，實現了礦井降本增效，保證了安全生產。

綜采工作面；超前替棚；金屬鉸接頂梁

河南能源化工集團義煤公司新安煤礦所采煤層為二疊系山西組二1煤，賦存條件較為復雜，頂底板及煤層節理發育，強度較低，屬典型的豫西三軟不穩定煤層[1]，其主要特點是煤層較軟，易片幫、冒頂，頂板壓力大，給工作面上下端頭頂板控制帶來很大困難。新安煤礦綜采工作面兩巷主要采用12#工鋼梯形棚和36U可縮性支架支護，在回采過程中，需提前將兩巷支架用圓木替換，由于木梁強度小，經常造成木梁被壓裂壓斷，給安全生產帶來隱患且該支護方法投入材料用量大、回收復用率低，造成材料大量浪費。經統計分析，2013年僅替棚坑木消耗高達1 593 m3，價值207萬元，占用生產性材料費用15%. 為了進一步降低支護材料的投資和生產成本，提高材料回收復用率，降低工人的勞動強度，改善工作面安全條件，決定對綜采工作面上下巷超前替棚進行支護工藝改革。

1 工作面概況

新安煤礦15110綜采工作面地質條件簡單，褶曲發育，二1煤層底板基底起伏，上、下巷局部存在薄煤帶，二1煤層厚度變化較小，掘進過程中未揭露斷層[2]. 該工作面水文地質條件較復雜，直接充水水源為頂板砂巖裂隙水，潛在突水水源為奧灰承壓水，預計工作面正常涌水量10 m3/h，最大涌水量35 m3/h. 工作面平均走向長度838.5 m，平均可采走向長度665.5 m，傾斜長度190.5 m，煤層傾角4°～9°，平均傾角為5.5°，煤厚0.4～11.5 m，平均3.3 m，采用綜采放頂煤一次采全高走向長壁后退式采煤法。

2 方案的實施

2.1 方案一

采用“5.5 m圓木(梁)+單體柱(腿)”替棚超前支護方式。施工工藝：打眼注水→套木棚→打點柱、摘工字腿→打柱窩站柱→卸工字鋼梁→套木棚→前移抬棚支護→清煤[3]. 施工要求如下：

1) 工作面兩巷超前替棚從安全出口開始，由里向外逐棚用4 m長圓木做梁，兩幫用單體柱做腿，替換掉原有的工字鋼棚。按照“先支后回”的原則，在原支架處先架設新棚，再回舊棚，其巷頂用串桿、荊芭(塑料網)和煤袋絞頂背實，巷幫用廢舊皮帶、荊笆和串桿等背嚴背實。超前替棚長度距安全出口不小于10 m. 距工作面10 m范圍內采用雙胎棚支護，Π型梁配合單體柱進行超前支護。

2) 替棚后，分別采用單體液壓柱配合2.6 mΠ型梁在下巷上幫及轉載機上下側打雙抬棚支護；上巷上下幫及巷中打雙抬棚支護；抬棚用架設，要求雙抬棚必須交錯邁步，交錯距(600±200) mm，一梁三柱，替棚后巷道凈高不小于1.8 m，人行道寬度不小于0.8 m.

3) 工作面兩端頭和超前支護替棚段的所有抬棚和支柱使用防倒繩連接。

2.2 方案二

采用 “1.2 mΠ梁(上)+2.6 mΠ梁(中)+1.2 mΠ梁(下)”兩種型號金屬鉸接頂梁三根一組的替棚方式，超前支護斷面圖見圖1.

圖1 15110下巷鉸接梁巷道超前支護斷面圖

1) 主要參數：a) 采用Π梁做頂梁單體液壓支柱做腿。b) 兩梁搭接長度：0.6 m，巷道凈寬5 m. c) 棚間距：600 mm±50 mm(中對中)。d) 頂幫背設：頂部采用單層塑料網背設，網搭接不小于200 mm，每隔200 mm雙扎絲相連(若壓力大可采用雙層網)，川桿間距為0.5 m；頂部不接頂區域采用煤袋進行充填保證接頂嚴密，幫部采用舊皮帶背設。e) 抬棚打設：上巷下幫及巷中打設雙抬棚，上幫打設單抬棚一梁三柱總計5道，若巷道壓力大可在搭接處加打支柱。

2) 支護優勢：a) 有效解決了下巷轉載機段采用鉸接頂梁后抬棚打設問題，采用短梁無法在鉸接處打設抬棚，采用長梁需擴幫。b) 整體效果好，在工作面回采過程中始終為一整體，穩定性好。c) 回收方法簡單，在回收過程中由于受現場施工條件影響，1.2 m(上)鉸接頂梁可直接在回采前進行回收，降低了變形率。15110下巷鉸接梁巷道超前支護平面圖見圖2.

3 經濟效益分析與方案選擇

3.1 方案一

超前支護采用5.5 m圓木(梁)+單體柱(腿)的支護方式，工作面走向長665.5 m，巷道按12 m超前支護量計算，需替棚56次。1) 替棚材料支護費用：棚距0.6 m時巷道每12 m圓木的用量是21根。5.5 m圓木每根260元，每12 m合計費用為5 460元，實際復用率為0，每12 m損耗費用為5 460元?？偺媾飺p耗費用為30.28萬元，上下巷總共60.56萬元。2) 運料費用：運3車(42根)5.5 m長圓木配合小料需用2班，每班投入5個工，每工160元，需用人工費用1 600元，運費為38.1元/根，12 m巷道支護材料運費為3 200.2元。巷道總運費為17.92萬元。方案一總計費用為78.48萬元。

圖2 15110下巷鉸接梁巷道超前支護平面圖

3.2 方案二

同樣按12 m超前支護量計算，鉸接梁替棚棚距為0.6 m，共用63根。1) 替棚材料支護費用：1.2 m(2根)每根280元，2.6 m(1根)每根420元，每12 m合計費用為20 580元，實際復用率95%，每12 m損耗費用為735元，替棚損耗費用為4.12萬元，上下巷總共8.24萬元。2) 運料費用：運費為一次性投入，運3車(63根)鉸接梁需用2班，每班投入5個工，每工160元，需用人工費用1 600元，運費為38.1元/根，巷道支護材料運費為4 000元。方案二總計費用為4.52萬元。

根據以上兩方案工作面兩巷替棚所支出費用的計算可知，方案一較方案二多支出73.96萬元。因此，確定采用方案二的超前替棚支護方式。

4 方案實施存在問題及改進方案

4.1 施工中存在的主要問題

新替棚方案在15110工作面實施以來，通過現場觀察存在主要問題有：

1) 巷道抬棚打設不成直線，主要原因為替棚時未掛線繩，鉸接點不在同一條直線，后期抬棚打設不成直線。

2) 轉載機處下幫鉸接點處壓力大，僅能打一架抬棚，未能有效控制頂板，當到達工作面機頭處時，易出現V字形。

3) 鉸接頂梁過端頭架時，回收過程中回收較困難，且擔在端頭架上，梁易變形鉸接點易壞。

4.2 改進方案

1) 替棚時必須首先掛線繩，使鉸接點在同一直線上，保證后期抬棚打設。

2) 對轉載機進行適當上撥或下調，在鉸接點旁有抬棚支護，保證回采過程中頂板控制。

3) 即將過端頭架時將1.2 m鉸接梁提前進行回收，并及時將端頭架護幫板打出，防止流煤。鉸接頂梁現場實施見圖3.

圖3 15110工作面下巷鉸接頂梁施工現場圖

5 方案實施效果

新安煤礦通過在綜放工作面上下巷超前支護實施鉸接梁替棚技術以來，取得了良好的效果，不但降低了職工勞動強度，節省了搬運工序，提高了工效，而且節約了材料費，有效降低了噸煤成本，且施工工藝更為簡單，為采面生產提前創造了良好條件，其研究結果對類似礦區也有一定借鑒意義。

[1] 蘇發強.新義煤礦三軟煤層巷道圍巖穩定與支護技術研究[D].焦作：河南理工大學，2010.

[2] 白勝偉.新安煤田山西組二1煤沉積環境與含煤特征[J].煤炭技術，2004,11(1)：89-90.

[3] 張喜礦，魯曉杰，張海濤，等.綜采工作面運輸巷U型鋼棚無替棚支護技術的應用[J].中州煤炭，2012,06(10)：57-58.

Study on Technology of Advance Supporting for Fully Mechanized Coal Mining Face

MA Longxiang, ZHU Shibo

TheI-beam support with No.12 steel and 36U shaped shrinkable support are applied respectively in the two side- gate of the working face in Xin'an Coal Mine, the support will be replaced with round wood while mining. Due to weak in strength, the wood beam break could be seen often. And more, both safety risk and material consumption increased. Based on the study of the technology for optimized supporting, the paper puts forward two kinds of improvement schemes. After comparing on technical and economic basis, it is determined that the metal hinged roof beam is used instead of the original wooden beam shed. Hiden safety risks eliminated, material costs saved, both safety and production guaranteed.

Fully mechanized coal mining face; Advance for shed; Metal hinged roof beam

2016-12-27

馬壟翔(1988—)，男，河南南陽人，2013年畢業于內蒙古科技大學，碩士研究生，助理工程師，主要從事礦山開采與一通三防管理工作

(E-mail)malongxiang2011@163.com

TD355

B

1672-0652(2017)02-0034-03