放頂煤工作面巷道長(zhǎng)距離超前支護(hù)系統(tǒng)研究

放頂煤工作面巷道長(zhǎng)距離超前支護(hù)系統(tǒng)研究

0巷道支護(hù)方式更加全面目前，我國(guó)煤礦開采斷面回采道路的保護(hù)方法包括對(duì)錨桿保護(hù)和對(duì)錨網(wǎng)的聯(lián)合保護(hù)。然而，受采收期附近道路的影響，斷面收縮，底部鼓變形，甚至存在嚴(yán)重的安全事故，如大壩坍塌。因此，在回采過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)的影響。目前廣泛使用的加強(qiáng)支護(hù)手段已在原有木垛、石料碹等低強(qiáng)度耗材基礎(chǔ)上升級(jí)為可反復(fù)使用的機(jī)械化支護(hù)設(shè)備，如單體支柱、成組超前支架等。在高應(yīng)力、強(qiáng)沖擊性、綜放開采等復(fù)雜地質(zhì)條件下開采，由于其巖性差、地應(yīng)力大，加上傳統(tǒng)支護(hù)方式支護(hù)強(qiáng)度低、剛度小、支護(hù)結(jié)構(gòu)不合理，致使巷道變形破壞影響安全生產(chǎn)的事故時(shí)有發(fā)生。新版《煤礦安全規(guī)程》中要求：綜采放頂煤工作面安全出口與巷道連接處超前支護(hù)范圍不得小于120m，且優(yōu)先采用液壓支架。對(duì)于達(dá)到120m的長(zhǎng)距離超前支護(hù)而言，單體支柱支護(hù)工序繁瑣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而成組式超前支架多次的反復(fù)支撐作用會(huì)破壞巷道頂板及已有超前錨固系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此，具有足夠的支護(hù)強(qiáng)度但較弱的巷道頂板反復(fù)破壞效應(yīng)，并且能實(shí)現(xiàn)隨工作面推進(jìn)高效前移的長(zhǎng)距離超前支護(hù)系統(tǒng)成為放頂煤等復(fù)雜條件煤層開采的研究重點(diǎn)。1巷道斷面分布受開采擾動(dòng)影響，圍巖應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生超前支承壓力，煤巖破壞的概率隨支承壓力的增加而增加，采用理論分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法得出其分布規(guī)律，按照變化趨勢(shì)基本分為三部分，分布曲線如圖1所示。隨埋深、工作面長(zhǎng)度及巷道斷面尺寸的增加，支承壓力影響范圍增大，超前應(yīng)力峰值距工作面距離增加。工作面巷道超前采動(dòng)在40～60m后趨于平穩(wěn)，按照120m超前支護(hù)范圍，根據(jù)“低初撐、高工阻”及“非等強(qiáng)”支護(hù)原則降低超前支架對(duì)巷道頂板已有錨網(wǎng)索支護(hù)的破壞影響，考慮在采動(dòng)影響劇烈的范圍內(nèi)采用高工作阻力超前支架，保證支承壓力高壓區(qū)巷道圍巖穩(wěn)定性，在穩(wěn)壓區(qū)配置單元式支架，支護(hù)巷道頂板，完成巷道120m距離超前支護(hù)。2單元式超前支架理想的超前支護(hù)方式是所配置的被動(dòng)超前支護(hù)體不破壞原有的錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)系統(tǒng)并與其配合共同控制巷道圍巖穩(wěn)定。在長(zhǎng)距離超前支護(hù)情況下，單純的單體支柱支護(hù)強(qiáng)度低，操控及移動(dòng)工序繁瑣，單元式支護(hù)同樣無法滿足支護(hù)強(qiáng)度要求，兩列成組式超前液壓支架反復(fù)支撐效應(yīng)強(qiáng)烈，且設(shè)備成本高，因此，實(shí)現(xiàn)順槽120m長(zhǎng)距離超前支護(hù)，可在距離工作面120m范圍內(nèi)分段使用兩列成組式超前支架及單元式超前支護(hù)，兩列成組式超前支架支護(hù)范圍0～60m，單元式支架支護(hù)范圍60～120m。(1）兩列成組式超前液壓支架經(jīng)過多年技術(shù)發(fā)展，以四連桿為穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的兩列成組式超前液壓支架成為巷道超前支護(hù)的主要設(shè)備，支架呈兩列置于巷道左右側(cè)，側(cè)面留有行人及行車通道，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，?？煞譃檎w式支架及分體式支架，其區(qū)別在于移架時(shí)整體式支架左右支架同時(shí)前移，分體式支架左右支架邁步交替前移。該型式超前支架結(jié)構(gòu)可靠、穩(wěn)定性好，支護(hù)強(qiáng)度大，支護(hù)可靠性高，相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)為其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制及遠(yuǎn)程操控提供了條件，在兗礦、神東及榆林等地區(qū)得到了較好推廣。(2）單元式超前支架在單體支柱支護(hù)方式基礎(chǔ)上發(fā)展的單元式超前支架在巷道無反復(fù)支撐方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，憑借其輕便結(jié)構(gòu)近年多被用于沿空巷道支護(hù)。為降低支架重量，不設(shè)置穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，根據(jù)所需支護(hù)強(qiáng)度布置2～4根立柱，根據(jù)巷道斷面形狀及設(shè)備配套可安排一列或分列兩列。移架時(shí)，采用首變尾式循環(huán)移架，有效減少支架對(duì)巷道頂板已有錨固體系的破壞。為躲避巷道頂板已有錨網(wǎng)索支護(hù)體系，一般支架頂梁寬度限制在500mm內(nèi)。單元式超前支架及移動(dòng)方式如圖2所示。(3）單元式支架運(yùn)移機(jī)構(gòu)單元式超前支架隨著工作面推進(jìn)需要循環(huán)前移，要求支架從支護(hù)隊(duì)列中移動(dòng)到移架線路處，從靠近工作面?zhèn)戎苯右苿?dòng)到遠(yuǎn)離工作面?zhèn)戎?，重新回到支護(hù)隊(duì)列，涉及到支架在巷道斷面內(nèi)的橫向移動(dòng)和沿著巷道走向的縱向移動(dòng)，移動(dòng)方式可有非自移式支架、橫向自移式、全方位行走式。(1)非自移式單元支架非自移式支架一般有墩柱式和伸縮式。墩柱式單元支架為若干立柱合抱，支架支護(hù)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，移動(dòng)時(shí)依靠外部機(jī)構(gòu)輔助。常用外部運(yùn)移輔助機(jī)構(gòu)有單體支撐、絞車拖拽、單軌吊運(yùn)等。循環(huán)移架時(shí)，采用搬運(yùn)機(jī)構(gòu)以巷幫為支點(diǎn)將支架頂?shù)揭萍芫€路，然后通過鉸車拖拽或?qū)Ｓ冒徇\(yùn)車經(jīng)過地面運(yùn)輸?shù)轿缓?，仍舊使用搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將支架回復(fù)支護(hù)隊(duì)列，完成移架，縱向移動(dòng)過程中也可通過單軌吊運(yùn)形式在空中移動(dòng)，可有效規(guī)避底板不平等問題。伸縮式單元支架多為類門形式，在巷道斷面內(nèi)的左右立柱間設(shè)有接頂橫梁，無需橫向移動(dòng)，收縮后通過專用搬運(yùn)車在地面或吊運(yùn)裝置空中運(yùn)輸?shù)轿?，伸展后支撐巷道頂板?2)橫向自移式單元支架橫向自移式支架主要針對(duì)墩柱式支架，將千斤頂集成到支架結(jié)構(gòu)中，使其具有短距離移動(dòng)的能力，其縱向移動(dòng)仍依靠外部輔助機(jī)構(gòu)。受限于支架本身結(jié)構(gòu)尺寸和千斤頂行程，一般橫向移動(dòng)距離在300～800mm，將支架從支護(hù)隊(duì)列移動(dòng)到移架路線，需要至少2次移架操作，提升支架橫向移動(dòng)性能的同時(shí)增加了支架的重量，加大了縱向移動(dòng)難度。(3)全方位行走式單元支架為提升單元式支架的移動(dòng)性能，在墩柱式單元支架的基礎(chǔ)上設(shè)置可全方位移動(dòng)的行走機(jī)構(gòu)，如輪式及履帶式機(jī)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)單元在不同方向不限距離自移，無輔助運(yùn)移設(shè)備，可簡(jiǎn)化巷道超前支護(hù)的設(shè)備配置，但目前除履帶式支架用于房柱式開采外，長(zhǎng)壁采煤工作面相關(guān)研究仍處于開發(fā)階段，未見有效的實(shí)際應(yīng)用。3巷道支護(hù)配套采用成組式超前支架與單元支架組合方式支護(hù)，其中工作面煤壁向前60m范圍內(nèi)采用成組式超前支架支護(hù)，之后單元支架支護(hù)60m，總支護(hù)距離不小于120m?；仫L(fēng)巷道斷面內(nèi)設(shè)備布置較少，支架安置空間相對(duì)充裕。成組式超前支架采用5組分體式支架，左右架間距離2.5m，采用邁步自移方式前移。單元式支架循環(huán)移架時(shí)，橫向借助搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，縱向采取風(fēng)動(dòng)單軌吊搬運(yùn)循環(huán)式前移，避免了邁步式前移支架對(duì)頂板的反復(fù)支撐破壞。根據(jù)工作面推進(jìn)度，一般每2d拉移1次。(2）運(yùn)輸巷超前支護(hù)配套采用成組式超前支架與單元支架組合方式支護(hù)，其中工作面煤壁向前40m范圍內(nèi)采用成組式超前支架支護(hù)，之后單元支架支護(hù)80m，總支護(hù)距離不小于120m。運(yùn)輸巷道內(nèi)有轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)等設(shè)備，120m距離足夠從工作面煤壁延續(xù)到帶式輸送機(jī)，因此支架安置相對(duì)復(fù)雜。從轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾至破碎機(jī)處采用成組式支架支護(hù)、兩架三組式，通過與轉(zhuǎn)載機(jī)推移槽配套，實(shí)現(xiàn)邁步自移；從破碎機(jī)至轉(zhuǎn)載機(jī)橋部安裝2組單元支架，受限于安裝空間，該部位單元支架前后采用推移千斤頂聯(lián)接，移動(dòng)方式采用直線推拉；從轉(zhuǎn)載機(jī)承載段向外布置單元支架，在巷道頂部安裝單軌吊車，單元支架縱向移動(dòng)采用空中移動(dòng)，橫向移動(dòng)借助支架搬運(yùn)機(jī)構(gòu)。120m長(zhǎng)距離支護(hù)超前支架布置如圖3所示。4巷道超前支護(hù)系統(tǒng)(1）煤礦工作面巷道受超前支承壓力影響，須進(jìn)行超前支護(hù)，尤其對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的巷道，超前支護(hù)距離達(dá)到120m。綜合考慮支撐效果及安全性、支護(hù)成本等因素，組建巷道長(zhǎng)距離超前支護(hù)系統(tǒng)；(2）不同參數(shù)下，巷道超前支承壓力峰值分布規(guī)律近似，從工作面煤壁開始依次呈低壓區(qū)、高壓區(qū)、穩(wěn)壓區(qū)分布；(3）兩架一組式超前支架支護(hù)強(qiáng)度大，但會(huì)造成巷道頂板破碎，單元式支架循環(huán)移架