冲击地压工作面巷道支架与单体支柱混合使用实践

谢秀成 车本方 鲁玉龙

（山东省七五生建煤矿，山东 济宁 277699）

七五煤矿位于山东省济宁微山县欢城镇、夏镇和滕州市张汪镇的交界处，开采标高-50～ -1000m。主采3上、3下煤层，经鉴定，3上煤层属于强冲击倾向性煤层，3上煤层顶板、底板、3下煤层顶板属于弱冲击倾向性煤层。

1 概况

3上213工作面开采3上煤层，具有强冲击倾向性，根据冲击地压监测系统报告显示如图1所示（工作面现场安装的KJ-551微震监测分析系统），从监测曲线来看，冲击地压显现比较明显。为保证工作面安全施工，按照防冲设计要求，工作面两巷超前维护距离要达到60m以上，运输巷因为转载机安装空间较大，无法使用巷道支架；轨道巷可以探讨使用巷道支架。为此，对于轨道巷的维护，在工作面试生产期间提出了两套支护方案充分对比后采用最优方案：一是提高工效，二是满足现场工艺要求和防冲要求。

图1 213工作面微震监测曲线

2 方案对比分析

2.1 超前支护方案

（1）因工作面运输巷安装桥式转载机，使用单体支柱配合铰接顶梁维护，不再改进。轨道巷也采用铰接顶梁维护，两巷中间一排距离20m，两侧两排在60m以上，具体间排距按照作业规程中验算进行实施。具体示意图见图2。

图2 单体支护示意图

（2）工作面运输巷保持单体配合铰接顶梁维护，轨道巷采用混合支护，里段使用巷道支架，外段使用单体配合铰接顶梁支护。

2.2 方案比较

两套方案按照安全程度、支护强度、工作强度、技术经济比较四个方面进行比较，以支护强度、工作强度为主要指标进行选择。

（1）安全程度：第一方案在作业过程中全部为单体支设，需要挂粱接顶，人工操作大，尤其是端头回料时顶板压力大，容易片帮伤人，安全隐患较大。

第二方案在作业过程中，仍然存在单体支设，但是回料区域超前到工作面20m以外，顶板压力相对较小，隐患较弱，对于安全较为有利。

（2）支护强度对比：《3上213工作面作业规程》中两巷支护参数要求如下：

两巷所需支护强度：

锚杆和锚索支护强度：

单体所需支护强度：

第一方案：选择悬浮式单体液压支柱，类型和技术参数如表1所示。

表1 选用悬浮单体支护参数表

单体支护密度=586.5/280=2.1棵/m2。铰接顶梁选用1.2m铰接顶梁。

铁鞋的直径：

故所选铁鞋Φ400mm符合要求。

第二方案：选用整组巷道支架与悬浮单体配合支护，自煤壁起往外20m为巷道支架支护，20m以外为两排悬浮单体支护，符合规程规定。

巷道支架型号为ZTZL21000，工作阻力为7000kN，支护强度为0.61MPa，换算为610kN/m2，支护强度满足要求。支架支护参数见表2，支护平面布置图见图3。

表2 支架支护参数表

图3 巷道支架单体支护平面示意图

两套方案，支护强度均满足要求。

（3）工作强度比较：第一方案为传统的单体铰接顶梁维护，工作面巷道高度在4.0m左右。在工作面推进中需要超前单体支设和端头回柱两个工序。

每个工序需要的人工：悬浮单体重量在100kg左右，需要2人以上协同作业，另外一人专职接顶或者拆卸水平销及顶梁，共计需要3人。两个工序分班顺序作业，合计需要6人。

按照工作面每班推进4个循环计算，推进距离3.2m，按照3.6m计算，三排单体超前侧需要支设9棵单体，端头侧需要回撤9棵单体，工作量为支撤18棵单体。

根据213工作面单产（工作面长120m，煤厚4.4m，循环进尺0.8m，膨胀系数按照1.2）计算，吨煤工耗约76t/工。

另外，在转运支护材料方面，因超前维护距离60m，所以每个支护部件要转运60m。

第二方案相对于第一方案，从图3支护平面图中可以看出，该方案主要工序：巷道支架逐架顺序前移缩小架间间距→回撤巷道支架前方单体并前移最前排支架直至将间隙扩大到最大行程→前方超前支设单体。

该工序单体维护同方案一，但是因为减少了一排单体支护。根据工作量需要的人工，每班3人两个班顺序作业计6人，降低为一班平行作业计3人完成支护回撤两个工序。

另外，在转运支护材料方面，因超前维护距离降低为40m，所以每个支护部件要转运40m，相比第一方案降低20m，降低了劳动强度。

（4）技术经济比较

第一方案，轨道巷维护距离累计140m，1.2m铰接顶梁，约117棵单体，悬浮单体租赁费用为5.5元每棵，轨道巷维护使用的单体一天租赁费用为643.5元，铰接顶梁和铁鞋租赁费用为3元每套，租赁费351元。以上两项合计994.5元。按照四六制作业，投入人工24人，费用约4800元。（人工按照每班200元）。第一套方案总费用为5794.5元。

第二套方案，轨道巷维护距离分为单体维护80m（两排），巷道支架维护20m。单体维护共使用单体67棵，租赁费368.5元，铰接顶梁和铁鞋租赁费用为3元每套，租赁费201元，两项合计569.5元。巷道支架租赁费为每天每组300元，计3组共900元。以上两项合计1469.5元。按照四六制作业，投入人工12人，费用约2400元（人工按照每班次200元）。第二套方案总费用为3869.5元。

对比可知，第二套方案优于第一套方案。

2.3 方案确定

综合以上分析，最终确定为第二方案。工作面正式生产期间按照第二方案组织施工。

3 应用效果

3上213工作面轨道巷超前支护使用第二方案支护后，工作面单产仍然保持在每循环684t，每班用工减少3人，而且轨道巷维护期间，安全保障程度较高。通过现场调研，职工普遍接受并乐于使用巷道支架维护。

冲击地压条件下顺槽采用混合支护方式，既避免了完全使用巷道支架反复升降对顶板二次破坏的频次，又减小了劳动强度，提高了工作效率。该方式适合冲击地压矿井的加长超前维护。在今后的超前维护探索中，如何避免巷道支架的反复升降对顶板造成破坏将是继续努力研究的方向。