采煤工作面回采巷道超前支护技术研究_王江.pdf

采煤工作面回采巷道超前支护技术研究王江（汾西矿业宜兴煤业，山西孝义032300）摘要：采煤工作面回采巷道超前支护段选用的超前支护技术对围岩控制效果有显著影响。按照应用时间顺序对回采巷道超前支护段使用的超前支护技术进行归纳总结，并指出各个技术应用优势及应用过程中存在问题。研究成果可为其他矿井回采巷道超前支护方式选择提供借鉴。关键词：采煤工作面回采巷道超前支护围岩变形采动压力中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0092-03引言随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭，矿井逐渐向深部开采，现阶段国内采掘深度超过 1 000 m 的矿井超过47 座，并以平均 1025 m/年速度向深部开采1-2。随着矿井采掘深度及开采强度不断增加，巷道围岩控制难度明显增大，回采巷道超前支护段受到采动动压影响，巷道围岩控制难度更大3-5。煤矿安全规程 对回采巷道超前支护有明确规定，并要求超前支护长度不得小于 20 m。对采面回采巷道进行超前支护，不仅可避免超前支护段在采动压力下出现冒落风险，而且可提高采煤工作面作业安全系数6-7。随着矿井采掘深度增加，煤炭开采时推进速度更快、采动压力更为显著，对超前支护质量以及围岩支护强度等提出更高要求8-9。本文就对现阶段矿井常用的超前支护技术进行归纳总结，以期能为其他矿井超前支护选择以及超前支护工作开展提供参考。1垛木架支护在早期煤炭开采过程时，采煤工作面超前支护形式主要通过垛木架方式构建简易临时支护，垛木架完全通过人工方式搭设。现场应用过程中，垛木架存在体积大、作业人员劳动强度高等问题；同时垛木架支护为被动支护，支护性能差以及支护强度低。垛木架支护对预防回采巷道超前支护段沉降起不到预防作用，仅当顶板下沉一定距离且与木垛完全接触后，木垛方可起到支护作用。在木架搭设过程中，安全风险较大，且随着采面推进木垛回收难度高，导致资源存在一定程度浪费。由此可见，采用垛木架方式进行超前支护，存在经济性、安全性均不佳等问题。随着现代化支护技术发展，垛木架支护方式在煤矿井下采煤工作面超前支护中应用已基本消失，仅在端头临时支护中有应用。2金属棚支护随着矿井推进速度增加，同时为满足矿井运输、通风等需求，对超前支护段围岩控制效果提出更高要求，具备一定让压特性以及强支护能力的金属棚在煤矿井下有一定应用。金属棚一般由 3 节独立的金属钢梁（2 根帮腿及 1 根顶梁）构成，3 节金属钢梁间采用夹板固定。现场应用过程中可依据巷道断面调整金属钢梁规格、尺寸，因此金属棚支护对巷道围岩支护具有较好的适应性。金属棚支护断面，如图 1 所示。尽管金属棚支护具备巷道断面适应性强、支撑力大等优点，但是金属棚支护也为被动支护，无法给巷道围岩提供一定的预紧力，支护原理与垛木架类似。在金属棚后期回撤过程中，容易出现顶板离层量大、下沉量大以及冒落等问题，金属棚回收难度大、回撤安全风险高。现阶段矿井已基本摒弃采用金属棚进行超前支护的工艺，而改为安全性更好、支护效果更佳的支护工艺。3锚网索支护为改善巷道围岩支护效果，预防巷道支护前期变形量并给围岩提供一定的初撑力，锚网索支护技术在煤矿井下应用，给巷道围岩控制带来新的途径。采用锚网或者锚喷支护时，都在巷道表面进行喷浆，封堵巷道表面裂隙并降低空气、水等对围岩的风化影响。通过预应力锚杆、锚索给巷道围岩提供一定预紧力，可抵抗巷道顶板、巷帮变形量，可在一定程度上降低围岩变形以及降低采动压力影响，具体支护现场情况如下页图 2 所示。采用锚网索支护技术时，可在一定程度上避免巷道出现变形量大、垮塌等问题，但是围岩支护过程中锚杆、锚索及喷浆等工作均需大量的工作人员；同时收稿日期：2022-02-22作者简介：王江（1990），男，山西孝义人，毕业于太原理工大学采矿工程专业，本科，现为助理工程师。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.035图 1金属棚支护断面专题综述2023 年第 2 期支护时采用的普通锚杆、锚索抗变形能力不足、承载能力较差，当采动压力显现明显时，容易导致部分支护结构失效、围岩变形量大问题，给采煤工作面通风、行人等带来制约，严重影响采煤工作面推进效率。4单体支护单体支护具备支护强度高、体积小、综合支护成本低以及维修方便等优点，是现阶段煤矿井下采煤工作面回采巷道超前支护中常用支护方式。单体支柱支护断面，如图 3 所示。单体支柱与金属梁配合组成迈步式抬棚，可提高回采巷道超前段支护强度，降低巷道围岩在采动作用下变形量，确保运输、行人以及通风等工作正常开展。但是当采面回采遇到特殊地质构造或者邻面开采时，采用单体支柱也面临下述问题：1）支护强度偏低。当采面开采动压显现明显时（超前支护段顶板承受较大压力），采用单体支柱方式也面临支护强度不足问题，常出现单体支柱钻底、顶板下沉量大等问题。2）劳动强度大、支护效率低。井下单体、金属梁等支护多采用人工搬运方式，存在支护速度慢、效率低以及过程繁琐等问题。3）安全性有待提升。采用单体支柱方式进行超前支护时，支护人员需要频繁穿行，安全风险较大，容易出现安全事故。5超前支架支护随着大型、现代化综采工作面不断建设，矿井综采工作面煤炭开采时存在推进速度快、采深大以及采动压力显现明显等特点，为满足采面高强度回采需求，需要采用机械化、自动化程度高，支护能力强的超前支护设备，因此第一代超前支护支架在神东、同煤等部分矿井试应用。第一代超前支护支架类型包括有自移式超前支架、四连杆超前支架等，具体支架结构如图 4 所示。使用的超前支架可实现自移架，不仅可满足采面快速推进需要，而且可提高超前支护效果。虽然超前支架具备自动化程度高、支护效果好以及支护强度大等优势，但在支架移架过程中由于反复支撑顶板，导致超前支护段顶板出现易破碎、下沉量大以及巷帮变形严重等问题，在推进过程中容易出现大面积掉顶问题，从而引发安全事故。随着矿井采深增大，顶板变形量大、破碎以及下沉速度大等矿压显现问题更为突出，容易发生巷道围岩变形量大引起的超前支护支架压死问题，后续采取的卧底、放顶等措施会占用大量的人力资源并耗费大量时间。闫殿华等提出采用 ZFDC26500 超前支架组控制回采巷道超前支护段围岩变形，现场应用时面临超前支护支架往返支撑顶板、支护过程繁琐等问题，同时支架移架阻力大；翟桂武等提出综合使用 ZFDC8000 型以及 ZY-DC5030 型超前支架进行支护，虽然能在支架安装初期避免支架反复支撑引起的顶板破碎问题，但是当巷道支架推移过程中仍会被反复支撑，导致巷道顶板破碎。现阶段，超前支架仅适宜在顶板稳定性良好的回采巷道超前支护中使用，应用工艺以及适用范围等均有一定限制。6结语文中对按照投入时间顺序对采煤工作面回采巷道超前支护技术进行归纳总结，垛木架、金属棚等超前支护方式，现场应用过程中存在劳动强度高、安全风险大以及支护效果不佳等问题，在煤矿井下超前支护中应用逐渐被淘汰；锚网索支护是矿井现阶段回采巷道常用支护方式，将锚网索支护用到超前支护中存在围岩变形量大、垮塌等问题，同时作业人员工作强度大、施工安全风险高；单体支柱结合金属梁组成的架棚支护是现阶段矿井最为常用支护方式，可显著提升超前支护段围岩控制效果，由于采煤工作面采深增加、推进速度显著提升，单体支柱在超前支护应用中不同程度存在效率低、支护强度不足以及劳动强度大等问题；超前支架具备机械化、自动化程度高以及支护强度大等优点，可满足采煤工作面高强度推进需要，但是由于支架频繁支撑顶板，容易引起顶板裂隙发育、变形严重等问题，从而使超前支架在现场应用过程中存在一定的局限性。2-1顶板2-2巷帮图 2锚网索支护断面3-1支护断面3-2铺设顶梁图 3单体支柱支护断面4-1整体式4-2分体式图 4超前支架示意图王江：采煤工作面回采巷道超前支护技术研究93机械管理开发第 38 卷参考文献1王培政.松软煤层孤岛采煤工作面回采巷道超前支护技术的研究J.机械管理开发，2021，36（8）：171-172.2臧德梁.注浆锚索在采煤工作面超前支护中的应用J.山东煤炭科技，2020（9）：10-12；15.3姚强岭，王烜辉，夏泽，等.煤矿长壁采煤主动式超前支护关键技术及应用J.采矿与安全工程学报，2020，37（2）：289-297.4周中平，王东亮.关于采煤工作面标准作业循环的探讨J.内蒙古煤炭经济，2019（16）：102-103；106.5华乐，刘峰，强伟，等.采煤工作面应力叠加区的顶板管理探索J.煤矿现代化，2019（4）：75-77；80.6张亚珠.采煤工作面回采巷道超前垛式支架设计研究D.青岛：山东科技大学，2019.7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；44.8张鹏程.综采工作面端头及超前支护关键技术和装备研究D.北京：中国矿业大学（北京），2013.9宋文德，王文波，曲志军.海域巷道围岩岩性结构特征及回采巷道支护实践J.煤炭科学技术，2013，41（1）：52-55.（编辑：李俊慧）Research on Over-supporting Technology for Coal Mining Working Face RetracementRoadwayWang Jiang（Fenxi Mining Yixing Coal Industry,Xiaoyi Shanxi 032300）Abstract:The over-advance support technology selected for the over-advance support section of the coal mining working face retracementroadway has a significant impact on the control effect of the surrounding rock.The over-advance support technologies used in theover-advance support section of the back mining roadway are summarised in chronological order of application,and the advantages of eachtechnology and the problems in the application process are pointed out.The results of the study can be used as a reference for other minesto choose the over-supporting method for the back mining roadway.Key words:coal mining face;back mining roadway;overrun support;rock deformation;mining pressure开排队网模式，以提供更为通用合理的求解方式。参考文献1傅笑寒，赵重年，周永良.装卸搬运设备自动对正系统电控单元设计J.起重运输机械，2019（9）：66-68.2冯可铮.工业机器人技术在智能制造领域中的应用J.数字技术与应用，2022，40（2）：45-47.3王元生，朱璟，王其松.机器人制造单元自动装卸控制系统设计J.机床与液压，2020，48（15）：62-65；71.（编辑：贾娟）Manufacturing Cell Modeling Analysis of Automatic Loading and Unloading Handling RobotsLu Can（Xiamen Longhe Intelligent Technology Co.,Ltd.,Xiamen F