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[摘 要]：新巨龙公司实行综采放顶煤沿空开采工艺，随着矿井开采，在各采区第二对工作面投产后，伴随开采深度增加，顶板破碎程度、下沉速度和变形幅度等矿压作用逐步凸显，开始出现“顶板压死支架”现象，为解决该问题，新巨龙公司研究应用了ZQ4000/20.6/45型双立柱超前支架强化工作面上下巷顶板支护，保证了工作面安全开采。
[关键词]：放顶煤工作面 超前支架 加强支护
新巨龙公司是由山东能源新矿集团控股的合资企业，位于山东省菏泽市巨野县龙固镇，在巨野煤田中南部，井田面积约180平方公里，2009年11月份投产，矿井采用立井开拓方式，设计年产600万吨/年，实行综采放顶煤沿空开采工艺，在早期开采中，使用ZTC30000/25/50型液压支架交替迈步前进，作为上下巷超前支护，该类型支架工作阻力大，循环步距与工作面支架循环步距一致，均为0.8m，从工作面出口向外50m范围内沿巷道布置5组，较好确保了矿井各采区首采工作面的开采。
随着矿井开采，在各采区第二对工作面投产后，伴随开采深度增加，顶板破碎程度、下沉速度和变形幅度等矿压作用逐步凸显，开始出现“顶板压死支架”现象，人工放顶、卧底等应对措施不光耗费人力，还耽误时间。为解决这一难题，研制应用ZQ4000/20.6/45型双立柱超前支架。
一、ZQ4000/20.6/45型双立柱超前支架简介
支架设计为一整体梁、双立柱、一整体底座结构。根据现场条件与煤机生产能力，整体梁尺寸设计为1600mm×600mm（有效护顶长度2000mm），支撑高度2150mm-4500mm（双伸缩立柱、缸径大于200mm），底座宽度不大于800mm（顶梁、底座均为柱窝式销轴联接），支护强度1MPa左右，支架总重量小于3.5t。沿空侧巷道超前支护距离不小于60m（超前支撑压力剧烈影响区小于50m）。
支架提前支设，至上端头前部运输机溜尾前撤除，牵移至超前60m外重新支设。
二、支护强度计算
1、现行超前支架支护强度验算
现行ZTC30000/25/50超前支架长度18.9m，护顶宽度（巷道实际宽度）4.0m，超前支架实际支护强度为：
P1=30000×103/（4×18.9）=396825Pa≈0.4MPa
2、实测超前支护强度验算
根据2302S工作面实测超前支架观测数据统计分析，超前支架平均工作阻力为20206.13KN，超前支架最大工作阻力为24002.16KN，均方差974.86KN。
用实测矿压参数计算工作面来压与见方开采期间超前支护强度。周期来压与工作面单见方开采按超前工作阻力最大平均值加一倍均方差计算；工作面初次来压与双面双见方开采期间按最大值加二倍均方差计算。
①工作面周期来压与单见方开采期间支护强度：
P单 =（R平均+s1）×n
=（24002.16+974.86）×1/（4.5×18.9）
=293.67kN/m2≈0.30Mpa
②工作面初次来压与双面见方开采期间支护强度：
P双 =（R工作阻力+×2s2）×n
=（24002.16+1949.71）×1/（4.5×18.9）
=305.13kN/m2≈0.31Mpa
根据现场实测，超前支架实际支护强度最大0.31Mpa。
3、新型支架工作阻力与支护强度验算
根据上述计算，选取支护强度最大值设计新型支架。按每组2架支护长度2.0m、巷道有效宽度4.5m、支护强度0.4MPa，计算支架工作阻力：
F=P·S
=[0.4×（4.5x2）]/2
=1800kN
三、新型超前支架适用性与安全性分析
1、支架适应性
（1）支护强度高。新型超前支架按双立柱1800kN额定工作阻力设计，支护强度不小于0.4MPa，大于现场实测支护强度，能够抵抗工作面超前扰动，减小围岩变形破坏。
（2）接顶破坏性小。支架设计为一次支撑，至上端头撤除，杜绝了支架的反复卸载破坏，巷道顶板完整性保持良好，提高了承载拱自承能力。支架支撑与承载拱自承，可以有效提高超前支护强度。
（3）抗冲击性强。支架立柱双伸缩设计，行程大；配双流量安全阀，冲击载荷瞬时加载时，卸压迅速。
2、支架安全性分析
沿空巷道“低应力、大变形”导致巷道断面收敛，现行超前支架反复支撑，加剧了巷道顶板（顶煤）的破坏，最严重状态时，人工扩帮、卧底，超前支架每班仅可牵移一个循环（0.8m） ，移架效率极低；冲击危险区作业，劳动强度大、危险性高。使用新型超前支架，通过提高巷道支护强度，有望减小巷道断面收敛率，实现巷道不开帮满足生产需要，避免危险区作業，安全效益极大。
参考文献：
1、郑兰芳；；薄煤层、大采高及放顶煤液压支架技术综述[J]；煤矿机械；2011年01期.
2、朱建安；冉彤；赵铁；郭培红；： 液压支架拆装设备的双钩单铰起吊平移装置设计[J]；矿山机械；2012年10期.
作者简介：李加春，男，1970年出生，本科，毕业于山东科技大学，山东新巨龙公司机电部主任，一级建造师、注册安全工程师、工程师。
刘轶，男，1986年出生，本科，毕业于曲阜师范大学，山东新巨龙公司机电部技术员，助理工程师。
[关键词]：放顶煤工作面 超前支架 加强支护
新巨龙公司是由山东能源新矿集团控股的合资企业，位于山东省菏泽市巨野县龙固镇，在巨野煤田中南部，井田面积约180平方公里，2009年11月份投产，矿井采用立井开拓方式，设计年产600万吨/年，实行综采放顶煤沿空开采工艺，在早期开采中，使用ZTC30000/25/50型液压支架交替迈步前进，作为上下巷超前支护，该类型支架工作阻力大，循环步距与工作面支架循环步距一致，均为0.8m，从工作面出口向外50m范围内沿巷道布置5组，较好确保了矿井各采区首采工作面的开采。
随着矿井开采，在各采区第二对工作面投产后，伴随开采深度增加，顶板破碎程度、下沉速度和变形幅度等矿压作用逐步凸显，开始出现“顶板压死支架”现象，人工放顶、卧底等应对措施不光耗费人力，还耽误时间。为解决这一难题，研制应用ZQ4000/20.6/45型双立柱超前支架。
一、ZQ4000/20.6/45型双立柱超前支架简介
支架设计为一整体梁、双立柱、一整体底座结构。根据现场条件与煤机生产能力，整体梁尺寸设计为1600mm×600mm（有效护顶长度2000mm），支撑高度2150mm-4500mm（双伸缩立柱、缸径大于200mm），底座宽度不大于800mm（顶梁、底座均为柱窝式销轴联接），支护强度1MPa左右，支架总重量小于3.5t。沿空侧巷道超前支护距离不小于60m（超前支撑压力剧烈影响区小于50m）。
支架提前支设，至上端头前部运输机溜尾前撤除，牵移至超前60m外重新支设。
二、支护强度计算
1、现行超前支架支护强度验算
现行ZTC30000/25/50超前支架长度18.9m，护顶宽度（巷道实际宽度）4.0m，超前支架实际支护强度为：
P1=30000×103/（4×18.9）=396825Pa≈0.4MPa
2、实测超前支护强度验算
根据2302S工作面实测超前支架观测数据统计分析，超前支架平均工作阻力为20206.13KN，超前支架最大工作阻力为24002.16KN，均方差974.86KN。
用实测矿压参数计算工作面来压与见方开采期间超前支护强度。周期来压与工作面单见方开采按超前工作阻力最大平均值加一倍均方差计算；工作面初次来压与双面双见方开采期间按最大值加二倍均方差计算。
①工作面周期来压与单见方开采期间支护强度：
P单 =（R平均+s1）×n
=（24002.16+974.86）×1/（4.5×18.9）
=293.67kN/m2≈0.30Mpa
②工作面初次来压与双面见方开采期间支护强度：
P双 =（R工作阻力+×2s2）×n
=（24002.16+1949.71）×1/（4.5×18.9）
=305.13kN/m2≈0.31Mpa
根据现场实测，超前支架实际支护强度最大0.31Mpa。
3、新型支架工作阻力与支护强度验算
根据上述计算，选取支护强度最大值设计新型支架。按每组2架支护长度2.0m、巷道有效宽度4.5m、支护强度0.4MPa，计算支架工作阻力：
F=P·S
=[0.4×（4.5x2）]/2
=1800kN
三、新型超前支架适用性与安全性分析
1、支架适应性
（1）支护强度高。新型超前支架按双立柱1800kN额定工作阻力设计，支护强度不小于0.4MPa，大于现场实测支护强度，能够抵抗工作面超前扰动，减小围岩变形破坏。
（2）接顶破坏性小。支架设计为一次支撑，至上端头撤除，杜绝了支架的反复卸载破坏，巷道顶板完整性保持良好，提高了承载拱自承能力。支架支撑与承载拱自承，可以有效提高超前支护强度。
（3）抗冲击性强。支架立柱双伸缩设计，行程大；配双流量安全阀，冲击载荷瞬时加载时，卸压迅速。
2、支架安全性分析
沿空巷道“低应力、大变形”导致巷道断面收敛，现行超前支架反复支撑，加剧了巷道顶板（顶煤）的破坏，最严重状态时，人工扩帮、卧底，超前支架每班仅可牵移一个循环（0.8m） ，移架效率极低；冲击危险区作业，劳动强度大、危险性高。使用新型超前支架，通过提高巷道支护强度，有望减小巷道断面收敛率，实现巷道不开帮满足生产需要，避免危险区作業，安全效益极大。
参考文献：
1、郑兰芳；；薄煤层、大采高及放顶煤液压支架技术综述[J]；煤矿机械；2011年01期.
2、朱建安；冉彤；赵铁；郭培红；： 液压支架拆装设备的双钩单铰起吊平移装置设计[J]；矿山机械；2012年10期.
作者简介：李加春，男，1970年出生，本科，毕业于山东科技大学，山东新巨龙公司机电部主任，一级建造师、注册安全工程师、工程师。
刘轶，男，1986年出生，本科，毕业于曲阜师范大学，山东新巨龙公司机电部技术员，助理工程师。