沈 浩

（鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司大隆礦，遼寧 調兵山 112700）

1 問題提出

鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司大隆礦在東二采區(qū)工作面運順施工沿空留巷工藝，原ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架因不便于行人通過、破壞運順巷道頂板支護形式等原因造成支護材料損失浪費、員工勞動強度加大、運距遠、巷道頂板下沉、底板鼓起的問題，不能滿足沿空留巷施工工藝要求。大隆礦原端頭液壓支架更換為ZT11101/19/35 型端頭液壓支架，有效地減少了巷道支護錨桿、錨索的損壞，便于工作人員通過和物料運輸。

2 ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架存在的問題

ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架在傳統綜采工作面的安全生產中一直處于很重要地位，安全有效地支護著綜采工作面下隅角和運順巷道頂板，為安全回采做出重大貢獻。

為了最大限度地回收資源，避免煤炭損失浪費，采取沿空留巷工藝，ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架在沿空留巷工藝中存在的問題如下：

（1）老式端頭支架長7 m、寬1.5 m 一共兩組，受動壓影響運順巷道回采期間中寬在3.5～4.5 m 之間，施工人員到端頭支架后方施工，不便于行人通過，沒有安全退路和安全出口。

（2）沿空留巷工藝需要人員到老式端頭支架后方對留巷段的頂板、巷道進行擋桿和補強支護施工，因老式端頭支架與巷幫空間狹小，無法將長度超過2 m 的物料抬運通過。

（3）沿空留巷工藝需要保留運順巷道的原有錨桿、錨索支護不被損壞，因老式端頭支架接頂嚴密，造成巷道原有錨桿、錨索支護形式破壞，錨桿、錨索對巷道的支護強度減弱。

（4）沿空留巷工藝需要在運順采空區(qū)邊緣位置施工擋矸欄，防止采空區(qū)巖石掉落到留巷段巷道內。根據經驗得出擋矸欄應該在液壓支架切頂線以前施工完畢，但使用老式端頭支架只能實現在切頂線以后施工擋矸欄，存在安全隱患。

（5）因老式端頭支架與液壓支架之間無縫隙，無法實現在液壓支架切頂線以前施工擋矸欄，不僅存在安全隱患，施工質量和生產循環(huán)進度都受到制約和影響。

（6）沿空留巷內幫頂壓力大，擋矸欄、補強支護隨時有失效、卸壓和傾倒現象發(fā)生，使用老式端頭支架無法隨時觀察沿空留巷內的幫頂情況。

（7）拉移老式端頭支架時，操作人員無法觀察端頭支架后方是否有人員作業(yè)，存在安全隱患。

3 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架選用

3.1 根據地質條件選取

ZT11101/19/35型端頭液壓支架在具體選擇時，首先要考慮的是工作面運順的頂板情況和巷道高度。 1503 綜采工作面底板為粉砂巖，平均厚度為2.5 m，偽頂為炭質泥巖，平均厚度0.9 m，直接頂為砂質泥巖，平均厚度2.8 m，老頂為細砂巖，平均厚度30.85 m，煤層傾角2°～12°，運順巷道整體穩(wěn)定性較好。其次通過其他礦井施工沿空留巷工藝的相關經驗，選定2 組ZT11101/19/35 型端頭液壓支架支護1503 綜采工作面下隅角和運順巷道。

3.2 根據計算選取

3.2.1 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架初撐力計算

端頭液壓支架初撐力計算公式為：

式中：q為支架初撐力；D為立柱缸體內徑或活塞直徑；m為乳化液泵泵站工作壓力；n為每臺支架的立柱個數；k為支撐率。

此端頭支架的立柱缸體內徑為D=350 mm，乳化液泵泵站工作壓力m=30 MPa，支架的立柱個數n=3，支撐率k=1，因此q=（3.14×3502/4）×30×3×1×10-3≈8655 kN。

3.2.2 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架工作阻力計算

端頭液壓支架工作阻力計算公式為：

此端頭支架的立柱缸體內徑為D=350 mm，乳化液泵泵站工作壓力m=38.5 MPa，支架的立柱個數n=3，支撐率k=1，因此qz=（3.14×3502/4）×38.5×3×1×10-3≈11 107 kN。

3.2.3 頂板需要端頭液壓支架的工作阻力

頂板需要端頭液壓支架的工作阻力計算公式為：

p=（n-1）H·γ·s·g·cosα

式中：p為下隅角和運順巷道的頂板需要端頭液壓支架的工作阻力；H為采空頂板區(qū)垮落高度；γ為頂板巖石容重；g為重力加速度；n為動載系數；α為煤層平均傾角；s為端頭液壓支架最大空頂距時支護面積。

此工作面采空頂板區(qū)垮落高度H=28.28 m，頂板巖石容重γ=2.5 t/m3，重力加速度g=9.8 N/kg，動載系數n=1.5，煤層平均傾角α=6°，端頭支架最大空頂距時支護面積s=6.45 m2。

p=（1.5-1）×28.28×2.5×6.45×9.8×cos6°≈2222 kN。

ZT11101/19/35 型端頭液壓支架工作阻力為11 107 kN 大于2222 kN，該型號的端頭支架能夠滿足本工作面下隅角和運順巷道頂板的工作阻力要求。

3.3 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架組成部分

ZT11101/19/35 型端頭液壓支架由16 個主要結構件組成，支架總圖如圖1。

圖1 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架總圖

3.4 ZT11101/19/35 型端頭液壓壓力觀測

礦壓觀測技術人員在端頭支架支撐千斤頂上安裝礦用本安型無線壓力傳感器進行動態(tài)監(jiān)測，通過對端頭支架動態(tài)監(jiān)測發(fā)現，端頭支架的阻力值在24～28 MPa 范圍內滿足使用要求。ZT11101/19/35 型端頭液壓支架阻力曲線圖如圖2。

圖2 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架阻力曲線圖

3.5 ZT11101/19/35 型端頭液壓三維模擬安裝

通過三維設計軟件對ZT11101/19/35 型端頭液壓支架進行模擬裝配及模擬使用。ZT11101/19/35型端頭液壓支架三維裝配圖如圖3。

圖3 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架三維裝配圖

4 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架使用效果分析

為了驗證ZT11101/19/35 型端頭液壓支架在沿空留巷工藝中的應用效果，進行了井下現場安裝使用試驗，通過正?；夭?00 m 的使用效果如下：

（1）工作面下隅角處頂板未出現下沉、斷裂、淋水等現象，有效地支護了下隅角頂板，減少了巷道頂板的維護，大大降低了人員的勞動強度。

（2）端頭支架支撐力較大，工作面下隅角處底板未出現鼓起現象，保證了底板的完整性。

（3）端頭支架頂梁長度為13 000 mm，支撐頂板距離加長，更加有效地支護了巷道頂板。

（4）端頭支架頂梁寬度為520 mm，支撐頂板的寬度比錨桿間距小280 mm，端頭支架支撐頂板時，有效避開錨桿、錨索，減少了頂板支護的損壞。

（5）兩組端頭支架的間距為1500 mm，為沿空留巷施工作業(yè)提供了方便條件，提高了工作效率。

（6）端頭支架與工作面支架間距為1000 mm，為沿空留巷施工提供了作業(yè)空間，提高了工作效率和工程質量，減少了作業(yè)人員的勞動強度。

（7）使用ZT11101/19/35 型端頭液壓支架以后，可以超前施工5 根擋矸欄，減少在端頭支架切頂線以后施工作業(yè)，大大提高了安全系數。

5 結語

ZT11101/19/35 型端頭液壓支架操作簡單，井下應用效果良好，能夠滿足巷道支護要求，在沿空留巷工藝中達到預期使用效果。