论文部分内容阅读
摘 要：伴随着我国煤矿产业的不断发展，矿区综采工作面的一些问题日益凸显出来，其中主要的问题就是超前巷道的支护问题，这直接关系着支护体系的整体功效。该文重点针对超前支护技术的发展进行了论述，并从超前压力分布规律、支护参数确定及架型等几方面对超前支护技术和理论现状进行了分析，同时还提出了大型复杂矿区超前支护技术今后的发展趋势。
关键词：综采工作面；超前支护；技术与装备；发展趋势
矿区的工作环境本身就比较复杂，超前巷道围岩在采煤工作面采动影响下会承受较大的支撑压力，并且其中所包含的设备数量多，是行人、通风机运输的关键部位，在维护与管理工作上有一定的困难。基于此，综采工作面端头与超前顺槽的重要性十分明显，所以要对采煤工作面所有安全出口与巷道连接处超前压力影响范围内必须加强支护。新世纪为适应超前巷道变化对支护提出的新挑战，超前支护技术得到了较大发展，但超前支架技术和理论仍不能完全适应综采技术的发展。
一、超前顺槽和支护型式的发展
矿区工作面在回采的过程中会不断扩大采空区面积，其中上覆岩层的质量会逐渐向着四周的煤岩体深处移动，这就会增加工作面前方的超前支撑压力，同时在两侧也会形成侧向支承压力。工作面的前方运输巷及回风巷会受到来自工作面超前支承压力及侧向支撑压力的影响，巷道变形量大、破坏严重，需要采取加强支护和卸压措施以防治巷道过度变形，保证工作面的安全回采。综采工作面超前支护的方式主要是在巷道掘进施工的锚索、锚杆、金属网、钢带和钢筋梯等联合支护的基础上，采用单体支护、U 形钢支架、工字钢金属支架、金属顶梁和木顶梁等支护形式[2]。
二、超前压力分布规律研究
一般矿区煤层在实施采掘之后，采场围岩中的煤体应力就需要进行再次分布，这样会在工作面的前方形成一个支撑压力，一般普遍见到的分布形式主要有三种，即塑性区、高压区及稳压区。距离煤壁最近的煤体会在单向受力状态下受到损坏而失去支撑能力，成为塑性区，将支撑压向着煤体深处移动。采动支承应力特别是超前支承应力变化规律不但与工作面埋深、基本顶厚度以及直接顶厚度和硬度等因素有关，而且随着工作面的推进呈动态变化。
三、支护参数确定
（一） 超前距离测定方法
不管是针对于单体支护还是超前液压支架，在进行支护距离确定时要根据相关规定将距离保持在规定范围内，而针对压力明显或开采条件较为严苛的煤层，可以采用理论分析即框压观测方法进行研究。巷道超前支护距离确定是要结合超前支承压力及巷道变形情况而定。有关人员对某矿井综采工作面超前支承压力进行了观测分析，采用煤帮安设钻孔油压枕的方式。
（二）超前支护强度参数确定
在对超前支架受力进行分析时，可以利用普氏免压拱理论进行，是保证支架的阻力能够承受直接顶岩层的重量，对围岩应力状态可以做出适当的调整，确保直接顶岩层具有一定的自撑能力。将支架设计成变形工作状态，以上临界点开始超前支护，到下临界点前必须达到恒阻状态，而其总可缩量应与基本顶自上临界点到工作面的累积下沉量相对应。
四、超前液压支架架型发展
目前，我国多数矿区所使用的超前液压支架還处于初期发展阶段，与工作面支架相比还有很多不足之处有待提升。随着社会科学技术的不断发展，不管是煤炭生产企业、支架制造单位还是设计研究机构都在进行不断的研究创新，并研发了各种原理型式，但综采工作面所用液压支架演变出来的四连杆型式的超前液压支架为主。
五、超前支护技术发展趋势
随着社会及矿区产业的不断发展，传统的支护技术已经无法满足矿区超前巷道及大型复杂断面超前巷道的维护与管理需求。现阶段，单体支柱超前支护方式凭借着自身独有的灵活性、配套顶梁等结构形式，非常适用于矿井条件和开采方式多样性局势下，有很大的发展空间。
（一）通过相关的矿区安全规定可以看出，针对不同条件下进行煤矿开采时对超前支护距离以及支护形式都没有做出明确的规定，而随着不断出现的复杂巷道，规定中所提到的要保证在二十米以上这一规定更具有局限性。对于实际的支护型式及参数没有进行明确要求，需要根据矿井条件具体分析。
（二） 矿区综采工作面在每进行一次步距移动时，就会带动顺槽超前液压支架移动，在移动过程中需要对支架进行升降操作，并在支护部位的顶板形成有序的反复支撑，这会在一定程度上损坏到顶板的完整性，也使下面操作的工人受碎块粉尘的威胁，因此需要研究协调“支”与“护”的关系，减少负面影响。
（三） 实际上，任何技术在使用过程中都会存在各种各样的问题，当前在矿区超前巷道所使用的超前支护技术也是如此，因此需要对其进行全面的改善和调整。一般超前支架多用于大巷道断面中，在高度上十分突出，而超前巷道受大量设备、行人及运输通道的限制，多是“高”和“窄”形设计，造成稳定性较差，架型结构和稳定性同样是亟需攻关课题。
六、 结语
我国的煤矿资源在世界上一直名列前茅，煤矿资源是实现我国社会经济及人们生活水平提升的重要条件。现阶段，我国煤矿开采发展过程中，提升煤矿开采的机械化、自动化程度有着非常重要的作用。超前液压支护技术可以在不同的环境中使用，非常适应煤炭开发形势，有效保障了煤炭安全高效生产。
参考文献：
[1]翟桂武.大采高综采面顺槽超前支护支架及其应用[J].煤炭工程，2008，40（7）：29-30.
[2]王悦勇，魏栋梁，张 苹.综采工作面运输巷超前支护设备的设计[J].矿山机械，2011，39（12）：20-22.
关键词：综采工作面；超前支护；技术与装备；发展趋势
矿区的工作环境本身就比较复杂，超前巷道围岩在采煤工作面采动影响下会承受较大的支撑压力，并且其中所包含的设备数量多，是行人、通风机运输的关键部位，在维护与管理工作上有一定的困难。基于此，综采工作面端头与超前顺槽的重要性十分明显，所以要对采煤工作面所有安全出口与巷道连接处超前压力影响范围内必须加强支护。新世纪为适应超前巷道变化对支护提出的新挑战，超前支护技术得到了较大发展，但超前支架技术和理论仍不能完全适应综采技术的发展。
一、超前顺槽和支护型式的发展
矿区工作面在回采的过程中会不断扩大采空区面积，其中上覆岩层的质量会逐渐向着四周的煤岩体深处移动，这就会增加工作面前方的超前支撑压力，同时在两侧也会形成侧向支承压力。工作面的前方运输巷及回风巷会受到来自工作面超前支承压力及侧向支撑压力的影响，巷道变形量大、破坏严重，需要采取加强支护和卸压措施以防治巷道过度变形，保证工作面的安全回采。综采工作面超前支护的方式主要是在巷道掘进施工的锚索、锚杆、金属网、钢带和钢筋梯等联合支护的基础上，采用单体支护、U 形钢支架、工字钢金属支架、金属顶梁和木顶梁等支护形式[2]。
二、超前压力分布规律研究
一般矿区煤层在实施采掘之后，采场围岩中的煤体应力就需要进行再次分布，这样会在工作面的前方形成一个支撑压力，一般普遍见到的分布形式主要有三种，即塑性区、高压区及稳压区。距离煤壁最近的煤体会在单向受力状态下受到损坏而失去支撑能力，成为塑性区，将支撑压向着煤体深处移动。采动支承应力特别是超前支承应力变化规律不但与工作面埋深、基本顶厚度以及直接顶厚度和硬度等因素有关，而且随着工作面的推进呈动态变化。
三、支护参数确定
（一） 超前距离测定方法
不管是针对于单体支护还是超前液压支架，在进行支护距离确定时要根据相关规定将距离保持在规定范围内，而针对压力明显或开采条件较为严苛的煤层，可以采用理论分析即框压观测方法进行研究。巷道超前支护距离确定是要结合超前支承压力及巷道变形情况而定。有关人员对某矿井综采工作面超前支承压力进行了观测分析，采用煤帮安设钻孔油压枕的方式。
（二）超前支护强度参数确定
在对超前支架受力进行分析时，可以利用普氏免压拱理论进行，是保证支架的阻力能够承受直接顶岩层的重量，对围岩应力状态可以做出适当的调整，确保直接顶岩层具有一定的自撑能力。将支架设计成变形工作状态，以上临界点开始超前支护，到下临界点前必须达到恒阻状态，而其总可缩量应与基本顶自上临界点到工作面的累积下沉量相对应。
四、超前液压支架架型发展
目前，我国多数矿区所使用的超前液压支架還处于初期发展阶段，与工作面支架相比还有很多不足之处有待提升。随着社会科学技术的不断发展，不管是煤炭生产企业、支架制造单位还是设计研究机构都在进行不断的研究创新，并研发了各种原理型式，但综采工作面所用液压支架演变出来的四连杆型式的超前液压支架为主。
五、超前支护技术发展趋势
随着社会及矿区产业的不断发展，传统的支护技术已经无法满足矿区超前巷道及大型复杂断面超前巷道的维护与管理需求。现阶段，单体支柱超前支护方式凭借着自身独有的灵活性、配套顶梁等结构形式，非常适用于矿井条件和开采方式多样性局势下，有很大的发展空间。
（一）通过相关的矿区安全规定可以看出，针对不同条件下进行煤矿开采时对超前支护距离以及支护形式都没有做出明确的规定，而随着不断出现的复杂巷道，规定中所提到的要保证在二十米以上这一规定更具有局限性。对于实际的支护型式及参数没有进行明确要求，需要根据矿井条件具体分析。
（二） 矿区综采工作面在每进行一次步距移动时，就会带动顺槽超前液压支架移动，在移动过程中需要对支架进行升降操作，并在支护部位的顶板形成有序的反复支撑，这会在一定程度上损坏到顶板的完整性，也使下面操作的工人受碎块粉尘的威胁，因此需要研究协调“支”与“护”的关系，减少负面影响。
（三） 实际上，任何技术在使用过程中都会存在各种各样的问题，当前在矿区超前巷道所使用的超前支护技术也是如此，因此需要对其进行全面的改善和调整。一般超前支架多用于大巷道断面中，在高度上十分突出，而超前巷道受大量设备、行人及运输通道的限制，多是“高”和“窄”形设计，造成稳定性较差，架型结构和稳定性同样是亟需攻关课题。
六、 结语
我国的煤矿资源在世界上一直名列前茅，煤矿资源是实现我国社会经济及人们生活水平提升的重要条件。现阶段，我国煤矿开采发展过程中，提升煤矿开采的机械化、自动化程度有着非常重要的作用。超前液压支护技术可以在不同的环境中使用，非常适应煤炭开发形势，有效保障了煤炭安全高效生产。
参考文献：
[1]翟桂武.大采高综采面顺槽超前支护支架及其应用[J].煤炭工程，2008，40（7）：29-30.
[2]王悦勇，魏栋梁，张 苹.综采工作面运输巷超前支护设备的设计[J].矿山机械，2011，39（12）：20-22.