“三软”煤层综采面上端头及超前段自移式抬棚的研究与实施

【摘 要】嵩山煤矿在“三软”煤层综采面上端头及超前段压力大、单体柱易钻底的不利条件下，通过研究与实施自移式抬棚支护技术，成功地解决了“三软”煤层综采面上端头及超前段支护难的问题，最终实现了安全、有效的稳定支护。

【关键词】“三软”煤层 综采面 上端头及超前段支护

一、前言

“三软”煤层，是指煤层软、顶板软和底板也软的煤层。综采工作面在回采过程中，上超前传统的一梁四柱双抬棚支护存在一定弊端，即单体柱钻底量过大、π型梁压弯。河南永华能源嵩山煤矿所开采的煤层属于“三软”煤层，通过研究并实施，有效的解决了“三软”煤层综采工作面上端头及超前支护难的问题。

二、 概况

嵩山煤矿煤层平均厚度为4.42m，煤层较稳定，煤层走向近东西，倾向北；煤层为缓倾斜煤层，倾角为15°～20°，平均倾角17°。煤层受滑动构造影响，组织疏松，强度低，普氏硬度系数小于0.3，回采时煤层易冒落、片帮。

工作面上顺槽超前支护方式两种：梯形半圆拱支护；单体液压支柱配合π型梁架顺山棚支护；单体液压支柱配合π型梁支护长度不少于10m，两种加强支护形式总长度不少于20m。此文只针对单体柱π型梁支护段。

煤巷掘进工作面顶底板岩性情况详见表1。

三、上端头及超前段原支护

（一）上端头支护

采用3.6mπ型梁配合DW25-250/100型单体液压支柱支护。π型梁上端距支柱中心200mm打设一根单体柱，下端担在端头支架上，搭接长度不低于300mm。中间支设三排抬棚，距端头支架上帮100mm支设一对6m抬棚，一梁六柱，距上帮帮柱200mm支设一排抬棚，采用2.4mπ型梁和4mπ型梁一梁四柱支设（随着工作面推进，上端头面积宽度满足要求后，两抬棚中间及时补打抬棚以加强支护，如果工作面上端头面积增大，根据现场情况及时补打抬棚以加强支护，抬棚数量可增不可减）。单体柱初撑力不小于4.5Mpa。

（二）上超前支护

图1 综采工作面上超前原支护断面图

选取3.6mπ型梁配合DW25-250/100型单体液压支柱单支护，采用一梁四柱双抬棚支护形式。π型梁顺着巷道方向对接布置，一梁四柱，上下帮支柱中心距梁端200mm支设一根单体柱，从下帮到上帮柱距为（中-中）1500mm、1400mm处各打一根单体柱作为中心柱。在机巷与行人巷预留支柱位置打抬棚加强支护，抬棚梁为2.4m长π型梁，一梁四柱。如图1所示。

四、上端头及超前改变后支护

（一）上端头支护

采用3.6mπ型梁配合DW25-250/100型单体液压支柱支护。π型梁上端距支柱中心200mm打设一根单体柱，下端担在端头支架上，搭接长度不低于300mm。中间支设三排抬棚，距端头支架上帮100mm支设一对6m抬棚，一梁六柱，距上帮帮柱200mm支设一排抬棚，采用2.4mπ型梁和4mπ型梁一梁四柱支设（随着工作面推进，上端头面积宽度满足要求后，两抬棚中间及时补打自移式抬棚抬棚以加强支护，如果工作面上端头面积增大，根据现场情况及时补打抬棚以加强支护，抬棚数量可增不可减）。单体柱初撑力不小于4.5Mpa，自移式抬棚初撑力不低于10 Mpa。

（二）上超前支护

选取DW25-250/100型单体液压支柱配合3.6m长π型梁架顺山棚，π型梁顺着巷道方向对接布置单排支设，棚距600mm，一梁两柱。帮两侧支柱中心距梁端200mm分别支设一根，中间位置打设两排自移式抬棚。在机巷与行人巷预留支柱位置打抬棚加强支护，抬棚梁为2400mm长π型梁，一梁四柱，抬棚距帮柱300～500mm各支设一排，要求抬棚梁头要对接，抬棚梁与顶梁之间要用木楔背实。单体柱初撑力不低于6.0Mpa，自移式抬棚初撑力不低于10Mpa。如图2所示。

图2 综采工作面上超前改变后支护断面图

五、自移式抬棚工作原理及特点

（一）工作原理

该装置利用综采工作面液压管路系统及推拉油缸，实现自移式迈步。其中顶梁可自动升降，底座也可由立柱连接下柱窝销轴提起。移动自移式抬棚时先检查顶板，确定支护有效安全无误后，将后立柱降下，同时向推拉油缸供液，达到600mm行程即可满足要求，拉完后架，升起后立柱，达到顶板支撑高度后，降前立柱，向推拉油缸供液，推移前架移动。如此循环。

（二）特点

由于顶梁、底座和柱体均为钢性结构，工字钢配合立柱，二者相互作用时变形较小，该装置不仅克服了钢丝绳的柔性副作用，接触顶底板面积较以往π型梁单体柱大大增加，不仅支护强度变大，而且还消除单体柱钻底量大隐患，彻底解决了原单体柱初撑力达不到规定的弊端。自移式抬棚设计有操作台且系统简单，工人只需控制操作阀即可实现自移式抬棚移动。无需人工撺梁。

六、自移式抬棚应用效果

（一）自移式抬棚装置为全机械结构，设计新颖美观，结构简单，制造安装维修容易，经济适用，易于推广。

（二）省去人工撺棚的工序，降低施工风险，保证工人安全。

（三）解决综采工作面因“三软煤层”地质条件，端头及超前支护段单体液压支柱钻底量大初撑力不够之弊端。

（四）节约生产成本，提高生产效率。

（五）可推广应用于同等条件综采工作面，在社会效益上有较大影响。

七、经济效益分析

经济效益主要从减少人工费用支出及支护设备损耗两个方面进行计算：

（一）每年减少人工费用支出：按照每年365天，每天两个生产班，每班减少安排2人进行撺棚及打设单体柱的工作，每人支付工资240元，计算得365×2×2×240=350400元；

（二）每年减少设备损耗费用：端头支护段减少四根6m抬棚，即4×6=24根单体柱，超前支护段减少10m范围单体柱，π型梁棚距0.5m，即10÷0.5×2=40根单体柱，共计减少64根单体柱使用量。按照损耗系数0.1根/月，每根单体柱1000元，计算得12×64×0.1×1000=76800元；共计350400+76800=427200元。

参考文献：

[1]孟宪锐，徐永勇，刘环宇.难采煤层的分类标准与定量化研究[J].煤炭学报，2000（4）：348-351.

[2]孙光中，田坤云，关鹏云.“三软”煤层机采工作面端头支护技术[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2013-04-15.

[3]李宗涛，杨建立，闫志龙，文立杰，王志平.工作面端头支护方式的探讨[J]. 煤矿安全. 2001（07）.

[4] 石文波.英国工作面端头支护[J].煤炭科学技术. 1985（11）.

[5]郑金腾.采煤工作面端头受力分析[J]. 中国煤炭. 2006（07）.

作者简介：

邓小磊（1982―），男，河南新安县人，助理工程师，2006年毕业于河南理工大学，本科学历、学士学位，现从事煤矿技术与安全管理工作。