综采工作面超前支护方式的实践优化研究

综采工作面超前支护方式的实践优化研究

王明耀

中煤昔阳能源有限责任公司白羊岭煤矿 山西省昔阳县 045300

摘要：煤矿综采工作面作业环境较为复杂，选用合适的超前支护方案并结合实践进行优化，能够有效规避支护作业存在的不足，推动生产作业朝向高效、安全、稳定运行方向发展。本文在简要说明超前支护结构与新型方法基础上，对比分析两种智能化超前支护方案优势，以此为支护方式优化应用提供参考。

关键词：综采工作面；超前支护；智能化

综采工作面作业中，超前巷道围岩受工作面采动影响较为显著，在多种支承压力叠加作用下，常会存在多种形式安全隐患。在当前超前支护方式应用中，结合运行实践中的问题，推动支护方案朝向智能化方向发展，已经成为技术应用和发展的主要方向，在实际运行过程中，必须要结合实践情况进行分析，结合智能化技术对支护方案进行优化，更好的提升超前支护水平，有效提升综采工作面安全保障。

1、超前支护结构状况与新型方法

超前支护结构有多种形式，在不同综采工作面场景下，需要选择合适的处理方式，避免安全问题发生。但是在实际应用中，受多方面因素影响，会导致不同形式的安全隐患。例如部分超前支护结构需要设置拉架锚固点，但是在断面较大的巷道中，技术应用难度较大。例如在开采作业中出现软煤层，则会出现顶板脱落隐患[1]。例如超前支护设备选择不当，则会导致支护强度难以满足顶板矿压需求，在工作面出口位置出现下沉等问题。这些隐患都会对现场作业人员人身安全产生较为显著威胁，或者是由于人工操作失误而导致设备损坏现象。

在当前综采作业技术不断创新情形下，超前支护应用也随之朝向优化方向发展。例如在部分综采工作面结构较为散乱、作业环境较为复杂的场景中，可以在工作面上下出口处设置支护体系，能够满足顶板垮落和非垮落两种状态下的安全防护要求，确保煤柱能够较好的承担支护压力。对于支护长度大、工作面退进度慢的综采工作面，则可以采用配合托顶煤锚索梁，结合主动支护、优化超前支护方式进行处理，以有效提升施工安全系数，降低支护成本，确保生产作业安全有序推进。

2、超前支护方案的实践优化

2.1 支护方案的优化

以某煤矿综采工作面为例，共分为3条开采巷道，分别为主运输巷道、辅助运输巷道和回风巷道。综采工作面使用采高为4.8m，横向长度为1025m，倾向长度为20016m，围岩结构平均泥岩厚度为2.25m，平均抗压强度和平均抗拉强度分别为18.5MPa和1.35MPa。原有支护方案已经难以满足安全生产作业要求，为有效解决当前超前支护施工方案中存在的问题，确保井下作业人员人身安全，在现有支护体系基础上，引进超前液压支架结构，改进部分巷道支护方式，实现对整个工作面回风巷道超前支护工作的全面革新。

超前液压支架与巷道顶板位置始终保持良好的接触状态，避免顶板位置出现反复支撑破碎现象，能够实现在更大面积范围的良好支护，有效避免顶板岩层结构出现离析现象。在进行移架作业时，结合临时支架结构方式进行施工，能够为工作人员提供更加安全的工作环境，能够有效解决当前作业条件下支护体系运行存在的问题。结合综采工作面巷道结构参数和支护结构特征，利用模型分析安全支护参数要求，决定在回风巷道中设置4组迈步式液压超前支护结构，实现对超前支护体系的优化，确保支护效果达到安全生产要求。

2.2 安全操作要求

在超前支护结构优化中，要确保设备安装到位，充分发挥出液压超前支护结构的应用优势，有效提升巷道安全水平，应当注意如下方面安全操作要求。首先是在支架安装前，应当做好巷道顶板的全面检查，避免存在活矸、片帮等影响安全的结构，避免存在处理不到位而存在的杂物等现象，在确保现场条件达到要求情形下，才能够进行后续施工。其次是要强化巷道顶板管理，尤其是在顶板较为破碎情形下，需要在两帮和中间部做好临时支护处理，并确认安全后，才能够进行移动作业。再次是要确保采煤机割完端头三角煤，并离开端头位置后，才能够移动支架[2]。在移动作业过程中，需要由监护人员配合下，才能够进行操作。操作人员需要在支架下方安全区域范围内进行操作，如出现异常情形，必须及时停止作业，避免安全事故发生。

2.3 超前支护优化关键性技术

采用增加4组迈步式液压超前支护技术，能够将原有的被动支护转变为主动支护模式，能够有效提升支护结构强度，优化超前支护作业环境，为安全生产管理提供有效保障。通过支护方式的改变，能够有效增加巷道内部通风面积，推动综采工作面作业效率提升，但是在实际应用中，为确保超前支护效果充分体现出来，还应当注意关键技术的优化应用。在超前支护作业开始前，应当全面采集相关方面数据，利用数学模型分析锚索替代方案的可行性，分析支护结构补强具体情况，准确计算超前支护锚索的施工参数[3]。在具体施工中，应当选择合适的锚索结构材料，合理布置预应力钢绞线锚网结构，处于注浆口部位的锚索，要进行加固处理。钻孔深度和钻孔直径设计要合理，确保预应力性能达到安全稳定运行要求。通过构建良好稳定性的超前联合支护结构，有效提升巷道结构稳定水平，为生产作业提供安全保障。

2.4 超前支护体系的应用效果

移架式超前支护方式的有效应用，为提升巷道围岩结构稳定性，确保生产作业安全起到良好促进作用，为更好的验证实际支护效果，以其中100m巷道为观测对象，观测分析巷道顶部底板移进量，两帮位置变形量，并与原有单体滞后结构下部位移变形量向比对。基于分析结果可以看出，巷道围岩结构变形量变化呈先增大后减小趋势，最终回归原位。原有超前支护方式下，在超前工作面达到62m时，巷道达到稳定状态。在优化改进后，达到50m时，即可达到稳定状态，位移结构变形量得以明显降低。在采用移架式超前支护方式下，顶部底板和两帮位置的位移量，分别由原本的245mm和187mm，降低至195mm和158mm，围岩结构控制达到良好应用成效。在后续生产作业流程中，没有再出现严重安全事故，综采工作面每日向前推进距离由10.0m提升至11.5m，取得良好增产效果。

3、超前支护方式的智能化优化

在当前智能化技术应用水平不断提升情形下，要更好的提升超前支护应用成效，还应当结合智能化技术应用，优化具体应用方式。以某煤矿综采工作面为例，在进行超前支护时，需要同时布置超前支架和转载机，但是由于常规超前支架顶梁较宽，导致反复支撑顶板后，出现锚杆锚索失效情形。根据现场情况，利用自动化控制系统，实现立柱、推移和抵帮千斤顶的自动化伸收。在进行移架作业时，智能化系统能够制动采集作业数据，在实现顶板支撑参数达到安全要求情形下，在进行下一步动作，以此有效确保作业设备和人员安全，确保超限支护系统能够协调运行，有效解决原有超期支护体系运行中的问题。

4、结束语

综采工作面超前支护的优化改进，是确保综采作业安全稳定推进的有效保障，是提升作业效率的重要途径，在生产作业实践中，必须从实际情况出发，构建更加完善的超前支护体系，推动安全防护管理朝向现代化方向发展，为提升井下作业安全水平提供有效保障，推动煤矿经济效益水平不断提升。

参考文献

[1]李敏.智能化综采工作面超前支护方式分析研究[J].煤矿机械,2023,44(02):87-89.

[2]曹奎奎.综采工作面超前复合支护优化设计及其应用[J].现代工业经济和信息化,2023,13(01):145-146.

[3]邵林林,黄昕,孙斌.煤矿综采工作面超前支护技术研究[J].现代工业经济和信息化,2022,12(12):173-175.

作者简介：姓名：王明耀、性别：男、民族：汉族、出生年月：1983年8月、籍贯：山西省晋中市、学历：本科、职称：注册安全工程师、单位名称：中煤昔阳能源有限责任公司白羊岭煤矿。