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摘 要：当前，煤炭行业技术水平不断发展，煤炭开采技术和装备、煤炭资源变化也呈现出新的特点。为了提高采煤工作面沿空巷道超前支护区域的巷道维护与管理水平，本文分析对比传统超前支护的利弊，提出无反复支撑超前支护技术的应用。
关键词：采煤工作面；沿空巷道；无反复支撑；超前支护
近年来，我国煤炭工业得到快速发展，煤矿开采深度不断增加，东部矿区出现大量千米深井，西部矿区采深也逐年增加，采深增加导致大量条件复杂巷道出现，如深部高地应力巷道、受强烈动压影响巷道等；煤矿开采强度的不断增加，工作面配套设备功率、体积越来越大，巷道断面尺寸不断增加；机械化、自动化设备的推广应用使得工作面推进速度越来越快，周期来压步距越来越大。这些因素直接导致布置于采空区一侧的巷道围岩受采动影响破坏范围广、压力大、变形严重，如何提高沿空巷道超前支护区域的维护与管理水平已经成为许多现代化矿井的难题。
一、常用超前支护技术优缺点
1、传统超前支护方式有木支柱、木垛、钢梁、单体配铰梁等，这些超前支护方式在我国煤矿发展进程中都有大量应用，尤其是单体配铰梁的超前支护方式目前也有广泛使用。随着科学技术的快速进步，这些超前支护方式已与现代化的安全高效矿井不相匹配，甚至不能满足现代化矿井超前支护的需要。在我国煤炭工业发展初期，木支柱、木垛是我国煤炭开采井下支护的主要手段，但木支柱、木垛回收比较困难，大部分为一次性使用，对木材消耗量巨大，国内煤矿已很少使用。单体配铰梁超前支护作为一种环保型的小型支护设备，因其体积小、重量轻、支护可靠、使用和维修方便、综合成本低，目前在超前支护中还有大量使用。但对于采动影响范围广、距离长、压力大的沿空巷道，单体配铰梁支护方式从支护强度、高度、速度、自动化程度、可操作性、安全性、可靠性等方面都不能适应。
2、目前国内技术成熟、常用的超前液压支架结构形式有：左右两列交替迈步自移式超前支架、前后顺序整体自移式超前支架等，其中左右两列式应用最多、最广。超前液压支架作为一种现代化的支护设备具有以下优势：接底接顶面积大整体性好，工作阻力大、支护强度高，能够有效控制巷道围岩变形，使巷道保持稳定安全状态，有效杜绝顶板事故的发生。超前支架替代单体配铰梁是传统超前支护方式的重大进步，超前支架安全可靠、操作方便、移架速度快，实现了工作面超前支护的机械化和自动化，有效提高了工作效率，满足了工作面快速推进的需要。
常用超前液压支架与单体配铰梁的支护方式相比有了很大进步，但因其支护原理上存在不可避免的缺陷，常用超前液壓支架的共同特点是成组整体向前移动，这种移架方式的最大缺点是整个超前支护区域内的超前支架每移动一个步距，所有超前支架均需完成降架、移架、升架一个动作循环，顶梁接触区域降架时卸载，升架时加载，如此高频率的反复支撑会严重破坏巷道顶板与锚网索支护系统，当巷道顶板与锚网索支撑压力拱被破坏后，会出现漏顶、冒顶等事故，严重时会影响超前支架的移动。别外，常用超前支架支护能力有限，两列式超前支架因其支护原理与结构限制，立柱数量和缸径的增加空间有限，对于整体成组移动的超前支护系统，在沿空巷道长距离超前支护中使用会遇到许多困难。
二、无反复支撑超前支护技术
无反复支撑超前支护技术吸纳了单体配铰梁超前支护与液压支架的优点，其具有支撑能力大、适应性强、对巷道原有支护系统没有反复支撑的优点。尤其是对于采动影响范围广、压力大、变形严重的沿空巷道，其适应性更强、可靠性更高。
1、超前支护单元，对于采动影响范围广、压力大、变形严重的沿空巷道超前支护，必须选用支撑能力大、可靠性高的液压支架支护单元，并且应用液压支架实现与采动影响范围相适应的长距离超前支护。液压支架超前支护单元可布置2根立柱、3根立柱或4根立柱。立柱数量根据巷道压力、变形与支架稳定性需求确定。液压支架超前支护单元稳定机构可以根据巷道压力、变形与超前支架的运移方式确定，可以采用伸缩杆式机构、四连杆机构、单摆杆机构，为了提高超前支架的灵活性和伸缩比，也可以采用立柱与底座一体式稳定方式。
2、超前支护单元运移方式，无反复支撑超前支护最关键的技术是尾部支护单元向首部运移的方法。运移的方法可分为空中运输和地面运输，空中运输首推单轨吊运输，轨道可安装在巷道中部顶板锚杆上，或安装在巷道两侧超前支护单元之间架设的支撑梁上。单轨吊运输不受巷道底鼓、积水、起伏等影响，占用空间小、运输效率高、安全可靠，缺点是操作过程复杂。地面运输有胶轮车运输、履带车运输、铰车拉移等，地面运输方式受巷道条件影响较多，占用空间大、效率低、安全性差。
3、超前支护单元尾部移动与首部摆放，无论哪种运移方式都必须把尾部超前支架移动到巷道中部，把移动到首部的超前支护单元摆放在巷道中心线两侧的合理位置，完成这个工序必须使用巷道超前自移式支撑吊装机，巷道超前自移式支撑吊装机。超前支护系统尾部和首部巷道中心线两侧各布置一台吊装机，尾部吊装机完成起吊尾部超前支护单元到巷道中部工序，首部吊装机完成把从尾部运移到首部的超前支护单元摆放到巷道中心线两侧。自移式吊装机在实现起吊功能的同时也可对巷道顶板进行有效支护，吊装机主要由起吊支架、锚固支架、推拉千斤顶、导向限位杆组成。在起吊过程中起吊支架顶梁支撑巷道顶板，支护顶板的同时也为起吊机构配重，提高起吊可靠性；起吊支架中的起吊机构可旋转、上下摆动，伸缩式吊臂增加了起吊机构的活动范围；锚固支架与起吊支架互为支点可向前或向后自主移动，导向限位杆提高了其移动路线的精确性，两根推拉千斤顶增强了移架能力和移动过程中的灵活性。
三、无反复支撑超前支护技术发展的必然性
煤矿安全规程中没有规定超前支护方式，只规定超前支护长度不得小于20m。但近几年，许多煤矿的超前支护长度已远远超过20m，最长达到200m甚至更长，长距离超前支护遇到的困难越来越多，原因如下：1）随着我国煤炭工业的快速发展，工作面采煤强度不断增加，工作面配套设备功率、体积越来越大。为了设备运输、通风等，巷道断面尺寸不断增加，目前国内巷道最大宽度已超过6m，高度已超过4.5m。2）随着煤矿开采深度的不断增加，东部矿区出现大量千米深井，西部矿区采深也逐年增加，采深增加导致大量条件复杂巷道出现，如深部高地应力巷道、受强烈动压影响巷道等，这些条件复杂巷道的共同特点是围岩变形强烈、破坏范围广。3）工作面长度和采高越来越大，工作面长度已从最长300m左右发展到最长已达450m。一次采全高工作面最大采高已达到7m以上，放顶煤工作面一次采全高厚度达到20m以上。4）随着采煤工作面机械化、自动化、智能化大功率采煤设备的成功应用，工作面推进速度也越来越快，推进速度越快周期来压步距越大，直接导致采动影响剧烈。5）为了提高资源回收率，许多煤矿为隔离采空区而留设的保护煤柱宽度最小只有2～3m。对于长距离超前支护，传统的支护方式已不能满足，常用的超前支架其致命缺陷制约了其应用范围，超前支护距离越长反复支撑次数越多，对巷道原有支护系统的破坏越严重对于采动影响范围广、压力大、巷道变形严重的长距离超前支护最可靠的支护手段是无反复支撑超前支护系统。
四、结语
综上所述，在工作面沿空巷道及长距离超前支护环境下，采用无反复支撑超前支护技术能提高效率，节约资源，适应煤炭开发的形势，更能保障煤炭安全高效生产。
参考文献
[1]李小沫.超前支护式液压支架在综采放顶煤工作面的应用[J]，中国高新技术企业，2016，337（22）：165-167.
[2]孟峰.综采工作面超前支护技术现状及发展[J]，矿山机械，2017，42（08）：1-5.
（作者单位：淮南矿业集团张集煤矿职工培训中心）
关键词：采煤工作面；沿空巷道；无反复支撑；超前支护
近年来，我国煤炭工业得到快速发展，煤矿开采深度不断增加，东部矿区出现大量千米深井，西部矿区采深也逐年增加，采深增加导致大量条件复杂巷道出现，如深部高地应力巷道、受强烈动压影响巷道等；煤矿开采强度的不断增加，工作面配套设备功率、体积越来越大，巷道断面尺寸不断增加；机械化、自动化设备的推广应用使得工作面推进速度越来越快，周期来压步距越来越大。这些因素直接导致布置于采空区一侧的巷道围岩受采动影响破坏范围广、压力大、变形严重，如何提高沿空巷道超前支护区域的维护与管理水平已经成为许多现代化矿井的难题。
一、常用超前支护技术优缺点
1、传统超前支护方式有木支柱、木垛、钢梁、单体配铰梁等，这些超前支护方式在我国煤矿发展进程中都有大量应用，尤其是单体配铰梁的超前支护方式目前也有广泛使用。随着科学技术的快速进步，这些超前支护方式已与现代化的安全高效矿井不相匹配，甚至不能满足现代化矿井超前支护的需要。在我国煤炭工业发展初期，木支柱、木垛是我国煤炭开采井下支护的主要手段，但木支柱、木垛回收比较困难，大部分为一次性使用，对木材消耗量巨大，国内煤矿已很少使用。单体配铰梁超前支护作为一种环保型的小型支护设备，因其体积小、重量轻、支护可靠、使用和维修方便、综合成本低，目前在超前支护中还有大量使用。但对于采动影响范围广、距离长、压力大的沿空巷道，单体配铰梁支护方式从支护强度、高度、速度、自动化程度、可操作性、安全性、可靠性等方面都不能适应。
2、目前国内技术成熟、常用的超前液压支架结构形式有：左右两列交替迈步自移式超前支架、前后顺序整体自移式超前支架等，其中左右两列式应用最多、最广。超前液压支架作为一种现代化的支护设备具有以下优势：接底接顶面积大整体性好，工作阻力大、支护强度高，能够有效控制巷道围岩变形，使巷道保持稳定安全状态，有效杜绝顶板事故的发生。超前支架替代单体配铰梁是传统超前支护方式的重大进步，超前支架安全可靠、操作方便、移架速度快，实现了工作面超前支护的机械化和自动化，有效提高了工作效率，满足了工作面快速推进的需要。
常用超前液压支架与单体配铰梁的支护方式相比有了很大进步，但因其支护原理上存在不可避免的缺陷，常用超前液壓支架的共同特点是成组整体向前移动，这种移架方式的最大缺点是整个超前支护区域内的超前支架每移动一个步距，所有超前支架均需完成降架、移架、升架一个动作循环，顶梁接触区域降架时卸载，升架时加载，如此高频率的反复支撑会严重破坏巷道顶板与锚网索支护系统，当巷道顶板与锚网索支撑压力拱被破坏后，会出现漏顶、冒顶等事故，严重时会影响超前支架的移动。别外，常用超前支架支护能力有限，两列式超前支架因其支护原理与结构限制，立柱数量和缸径的增加空间有限，对于整体成组移动的超前支护系统，在沿空巷道长距离超前支护中使用会遇到许多困难。
二、无反复支撑超前支护技术
无反复支撑超前支护技术吸纳了单体配铰梁超前支护与液压支架的优点，其具有支撑能力大、适应性强、对巷道原有支护系统没有反复支撑的优点。尤其是对于采动影响范围广、压力大、变形严重的沿空巷道，其适应性更强、可靠性更高。
1、超前支护单元，对于采动影响范围广、压力大、变形严重的沿空巷道超前支护，必须选用支撑能力大、可靠性高的液压支架支护单元，并且应用液压支架实现与采动影响范围相适应的长距离超前支护。液压支架超前支护单元可布置2根立柱、3根立柱或4根立柱。立柱数量根据巷道压力、变形与支架稳定性需求确定。液压支架超前支护单元稳定机构可以根据巷道压力、变形与超前支架的运移方式确定，可以采用伸缩杆式机构、四连杆机构、单摆杆机构，为了提高超前支架的灵活性和伸缩比，也可以采用立柱与底座一体式稳定方式。
2、超前支护单元运移方式，无反复支撑超前支护最关键的技术是尾部支护单元向首部运移的方法。运移的方法可分为空中运输和地面运输，空中运输首推单轨吊运输，轨道可安装在巷道中部顶板锚杆上，或安装在巷道两侧超前支护单元之间架设的支撑梁上。单轨吊运输不受巷道底鼓、积水、起伏等影响，占用空间小、运输效率高、安全可靠，缺点是操作过程复杂。地面运输有胶轮车运输、履带车运输、铰车拉移等，地面运输方式受巷道条件影响较多，占用空间大、效率低、安全性差。
3、超前支护单元尾部移动与首部摆放，无论哪种运移方式都必须把尾部超前支架移动到巷道中部，把移动到首部的超前支护单元摆放在巷道中心线两侧的合理位置，完成这个工序必须使用巷道超前自移式支撑吊装机，巷道超前自移式支撑吊装机。超前支护系统尾部和首部巷道中心线两侧各布置一台吊装机，尾部吊装机完成起吊尾部超前支护单元到巷道中部工序，首部吊装机完成把从尾部运移到首部的超前支护单元摆放到巷道中心线两侧。自移式吊装机在实现起吊功能的同时也可对巷道顶板进行有效支护，吊装机主要由起吊支架、锚固支架、推拉千斤顶、导向限位杆组成。在起吊过程中起吊支架顶梁支撑巷道顶板，支护顶板的同时也为起吊机构配重，提高起吊可靠性；起吊支架中的起吊机构可旋转、上下摆动，伸缩式吊臂增加了起吊机构的活动范围；锚固支架与起吊支架互为支点可向前或向后自主移动，导向限位杆提高了其移动路线的精确性，两根推拉千斤顶增强了移架能力和移动过程中的灵活性。
三、无反复支撑超前支护技术发展的必然性
煤矿安全规程中没有规定超前支护方式，只规定超前支护长度不得小于20m。但近几年，许多煤矿的超前支护长度已远远超过20m，最长达到200m甚至更长，长距离超前支护遇到的困难越来越多，原因如下：1）随着我国煤炭工业的快速发展，工作面采煤强度不断增加，工作面配套设备功率、体积越来越大。为了设备运输、通风等，巷道断面尺寸不断增加，目前国内巷道最大宽度已超过6m，高度已超过4.5m。2）随着煤矿开采深度的不断增加，东部矿区出现大量千米深井，西部矿区采深也逐年增加，采深增加导致大量条件复杂巷道出现，如深部高地应力巷道、受强烈动压影响巷道等，这些条件复杂巷道的共同特点是围岩变形强烈、破坏范围广。3）工作面长度和采高越来越大，工作面长度已从最长300m左右发展到最长已达450m。一次采全高工作面最大采高已达到7m以上，放顶煤工作面一次采全高厚度达到20m以上。4）随着采煤工作面机械化、自动化、智能化大功率采煤设备的成功应用，工作面推进速度也越来越快，推进速度越快周期来压步距越大，直接导致采动影响剧烈。5）为了提高资源回收率，许多煤矿为隔离采空区而留设的保护煤柱宽度最小只有2～3m。对于长距离超前支护，传统的支护方式已不能满足，常用的超前支架其致命缺陷制约了其应用范围，超前支护距离越长反复支撑次数越多，对巷道原有支护系统的破坏越严重对于采动影响范围广、压力大、巷道变形严重的长距离超前支护最可靠的支护手段是无反复支撑超前支护系统。
四、结语
综上所述，在工作面沿空巷道及长距离超前支护环境下，采用无反复支撑超前支护技术能提高效率，节约资源，适应煤炭开发的形势，更能保障煤炭安全高效生产。
参考文献
[1]李小沫.超前支护式液压支架在综采放顶煤工作面的应用[J]，中国高新技术企业，2016，337（22）：165-167.
[2]孟峰.综采工作面超前支护技术现状及发展[J]，矿山机械，2017，42（08）：1-5.
（作者单位：淮南矿业集团张集煤矿职工培训中心）