辛家祥

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)



大倾角工作面两巷布置及端头支护方式研究

辛家祥

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

[摘要]大倾角工作面两巷掘进布置及端头支护方式对维护端头区安全作业空间、保证工作面正常推进具有重要意义。对比分析了大倾角工作面两巷多种掘进布置方式和几种常见端头支护方式的优缺点，介绍了影响巷道布置的几个关键要素，提出了大倾角端头支护原则，为合理确定巷道布置、巷道断面尺寸及端头支护方式提供了依据和可行方法。

[关键词]大倾角工作面;两巷布置;端头支护

[引用格式]辛家祥.大倾角工作面两巷布置及端头支护方式研究[J].煤矿开采，2015，20(6)：31-33，111.

倾角大于25°的煤层统称为大倾角煤层，为实现大倾角煤层综合机械化开采布置的工作面称为大倾角综采工作面。工作面与上下两巷交叉区域称为端头区，端头区设备布置密集，是采掘、运输设备的交接点，还是行人、通风、运料及输煤的咽喉，因此如何根据煤层倾角正确处理上下两巷与工作面切眼之间的相对位置关系，选取合理的端头支护方式，对于改善端头区作业环境和安全状况，实现大倾角工作面端头的安全支护和工作面正常推进具有重要意义。

1两巷布置方式及断面尺寸确定

1.1工作面两巷布置方式分类及其特点

对于大倾角工作面，一般按巷道底板与煤层底板的相对位置关系对巷道布置方式进行分类，而巷道顶板则要根据煤层厚度、硬度及顶板状况，巷道内设备的尺寸及布置方式进行选择，是沿倾斜煤层顶板掘进还是水平掘进，是煤顶、岩顶还是煤岩顶(如图1所示)。

图1　大倾角工作面巷道布置与煤层关系

(1)巷道底板水平掘进，完全在煤层内，即煤底。

(2)巷道底板水平掘进，完全不在煤层内，即岩底。

(3)巷道底板水平掘进，一部分在煤层内，一部分在底板岩石内，即煤岩底。

(4)巷道底板沿煤层底板掘进，即岩底。

(5)巷道顶板水平掘进。

(6)巷道顶板沿煤层顶板掘进，即岩顶。

不同巷道掘进布置方式及其特点如表1所示。

除表1所列巷道布置方式外，还有工作面端头

表1　巷道底板与煤层底板相对位置及其特点

圆弧过渡(如图2所示)，该方式巧妙地将大倾角工作面下端头布置成圆弧过渡，从而可以采用常规端头支架支护，但仅适用于较厚煤层的开采。

图2　大倾角工作面下端头圆弧过渡布置

由以上分析可知，大倾角工作面巷道沿底板水平掘进留煤岩底布置方式优势明显，同等条件下可考虑优先选用。近几年大倾角综采工作面巷道顶板一般沿煤层顶板掘进，巷道底板采取破底留煤岩底的方式掘进，取得了较好的效果。同时，为减少输送机下链回煤，保证运输系统煤流顺畅，工作面下端头处输送机机头要有一定的卸载高度，这就要求运输巷底面要低于工作面底板，导致运输巷必须破底掘进。

1.2影响工作面两巷布置的关键因素

为合理确定巷道的布置方式及断面尺寸，下面重点介绍影响大倾角工作面巷道布置的几个关键因素。

(1)对于运输巷，要根据巷道内设备外形尺寸及行人通道、检修通道、安全间隙等要素确定运输巷的宽度(如图3所示)，为减少巷道宽度，可考虑设备错位平行布置，行人通道及检修通道合并，必要时胶带机可偏转布置，为保证设备运行平稳，偏转距离不宜超过300mm。

图3　运输巷设备布置平面

(2)必要时，可将输送机减速器及电机布置在上端头，既节省工作面下端头空间，又可使输送机底链由下向上顺利运行；还可考虑将乳化液泵站及喷雾泵站布置在回风巷，此时主进液管路在工作面倾斜方向无压力损失，但须考虑回液阻力。

(3)为尽量减小运输巷的宽度，在满足巷道内设备布置，采煤机能自开切口、割透端头处三角煤，输送机卸载高度足够的前提下，要求转载机到运输巷下帮的距离尽量小，留够安全距离即可。

(4)回风巷宽度的确定主要考虑采煤机能割透端头处三角煤，并且输送机机尾不宜悬臂太长，避免影响设备强度及可靠性。

(5)上下两巷的高度应能满足通风、行人、设备布置等要求，还应能与工作面顶底板合理搭接，平滑过渡，防止底板滑落。

(6)为避免采区采掘关系失调，要根据采区地质条件、开采方式和支护类型，选取合理的巷道断面形状；在满足安全和使用要求的前提下，巷道破底及挑顶量应尽量少，提高断面利用率，缩小断面，减少掘进工程量，提高掘进速度，降低造价并便于快速施工。

2端头支护方式及其选择原则

2.1工作面端头常用支护方式

大倾角工作面端头区空顶范围大，顶板完整性差，另外受掘进、回采等多重采动影响，使端头区压力增加，造成顶板下沉及底鼓，不易支护。目前，国内大倾角工作面端头通常采用的支护方式主要有：

(1)单体支柱加π梁组成的“四对八梁”适用于回采巷道采用锚杆、锚网支护或巷道断面较小、顶板下沉明显、底鼓严重的工作面端头，适应性较强，但支护强度低，支设及移除困难，管理难度大。

(2)中置或偏置式端头支架适用于煤层较厚工作面端头圆弧过渡布置、顶板比较完整的工作面下端头，自动化程度高，移架速度快；当应用于沿顶板掘进斜梯形巷道时，需在顶梁及斜梁(掩护梁)连接处设计特殊形式的连接块，以适应巷道形状，保证接顶效果。

(3)横式端头支架原煤科总院北京开采所上世纪90年代研制成功的非对称结构横式端头支架在一定程度上解决了大倾角工作面下端头三角区顶板支护(如图4所示)，在绿水洞煤矿、昊华能源木城涧矿及峰峰集团牛儿庄煤矿等推广使用，取得了较好效果，但使用中存在移架困难、支架被挤死、行人通道被矸石堵死等问题。

图4　大倾角工作面配置横式端头支架布置

国外上世纪 70～80 年代有一些大倾角中厚煤层长壁机械化开采的报道，主要集中在前苏联、波兰、德国、法国、英国等主要采煤国家，西班牙、捷克等国家也作了一些研究和试验。但近年来，其研究进展特别是大倾角端头支护鲜见报道。

2.2工作面端头支护方式选择原则

大倾角条件下的“支架-围岩”系统，支架顶梁所受围岩外载与支架结构中心是非对称的，而传统支架的结构型式和工作特性一般都是对称的,因而当支架应用于大倾角工作面时，其工况会产生较大变化，造成“支架-围岩”系统的整体失稳,导致支护设计失败，乃至发生安全事故。

因此，大倾角工作面端头支护方式选取时，要综合考虑端头区顶板压力大小及其完整性、稳定性，端头区顶板悬空面积，回采巷道的原有支护方式和工作面生产工艺等要素。不论采取何种结构形式的端头支护方式，都要求能护得住、站得稳、升得起、降得下、走得动。

(1)护得住指端头支护应具有足够的无立柱空间，能实现对工作面端头区机头机尾、转载机机尾等设备的防护，能满足支架移架步距的要求；有足够的行人、通风断面，实现行人安全进出工作面及工作面安全生产；具有安全防护装置，能防止工作面滚落的矸石伤人伤设备。

(2)站得稳指端头支护能较好适应巷道形状，不仅设备自身接顶、接底性能好，还能为排头支架提供稳定支撑，防止工作面支架倾倒及下滑。

(3)升得起、降得下指端头支护应具有合理的工作阻力和工作高度，既能较好支撑顶板又不破坏顶板完整性，巷道顶板冒落时支架能及时升起来接顶，顶板下沉时支架能降得下，防止压死架；可采取改变传统端头支架移架方式或降低支架初撑力等措施，避免对顶板反复有力支撑。

(4)走得动指端头支护具有较大的推溜力、拉架力，确保输送机机头机尾、转载机机尾及设备自身能顺利前移。

除此之外，端头支护还应能满足采煤机自开缺口；对于不需留巷的工作面，要求端头支护还要具有较强切顶能力，以便工作面过后顶板及时垮落；端头支护还应具有回收巷道原有支护设施的机构和装置。

3结论

重点对比分析了大倾角工作面上下两巷多种掘进布置方式的优缺点及影响巷道布置的几个关键要素，为优化大倾角工作面巷道布置方式、巷道断面尺寸及合理布置巷道内设备等提供技术依据；介绍了几种大倾角工作面常见端头支护方式，总结出选择确定大倾角端头支护方式的基本原则及要求，对提升大倾角工作面端头支护机械化程度、加快工作面推进速度，促进煤矿安全生产具有重要意义。

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[责任编辑：邹正立]

·开采技术与装备·

Study on Roadway Layout and the Face End Support Pattern for

Large Inclined Angle Working Face

XIN Jia-xiang

(Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.,Beijing 100013，China)

Abstract：The study on roadway layout and the face end support pattern for large inclined angle working face is important significance for maintaining safe working space and guaranteeing drawing speed of working face.This paper analyzes the advantages and disadvantages of a variety of roadway arrangement modes and common face end support patterns for large inclined angle working face，introduces several key factors that would influence roadway layout，proposed the principle of face end support，which provided theory basis and feasible method for the reasonable roadway layout，cross-sectional dimensions and support pattern for face end.

Key words：large inclined angle working face；roadway layout；support pattern for face end

[作者简介]辛家祥(1983-)，男，山东阳谷人，工程师，主要研究方向为采煤工作面液压支架设计。

[基金项目]国家重点基础研究发展计划(973计划)(2014CB046302)；开采设计事业部青年创新基金(KJ-2014-TDKC-13)

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.06.008

[收稿日期]2015-05-19

[中图分类号]TD822.2;TD355

[文献标识码]A

[文章编号]1006-6225(2015)06-0031-03