王稳世
徐州矿务集团新疆天山矿业有限责任公司 新疆 库车 842000
摘要：通常情况下，采煤工作面由于运输顺槽和回风顺槽按相同的方位角设计跟底板施工掘进，当设计的工作走向较长时，随煤层走倾角变化，造成工作面倾斜长度发生变化，尤其是在回采初期工作面倾角小，回采过程中工作面角度逐渐增大的煤层，导致回采过程中上隅角工作面支架至巷帮之间空顶面积无规律的增大，严重威胁矿井的安全生产。项目在对现场设备和顶板情况充分细致的调研后，设计了综合放顶煤工作面上隅角斜撑式隐形液压支架，有效的解决了上隅角顶板无规律变化的支护问题。
关键词：空顶面积；无规律；安全生产；隐形液压支架
1 基本概况
天山公司5104综合放顶煤工作面布置在矿井一水平下5煤东翼一采区，该工作面设计走向长度为3122m，设计倾斜长240m，平均倾角13°，工作面安装ZF12000／18／35型支架139架。工作面倾角由切眼向外逐渐变大。
2 设计背景及存在的问题
2.1设计背景
5104工作面因两道顺槽走向角度起伏变化的差异，导致工作面倾斜长度由240m～243m之间发生变化。为了保障上隅角顶板管理安全，现场作业人员在切顶线向前按照1.0×1.0m间排距支设8排，每排3根DZ-45型液压单体支柱；在切顶线位置按0.5m柱距支设1排（4根）DZ-45型液压单体支柱，合计单体数量达到28根。根据现场实测，随着回采的推进，空顶面积将进一步增大。
2.2存在的问题
（1）因上隅角单体数量过多，正常回采期间，每推进一个循环，现场作业人员必须挪移DZ-45型液压单体支柱7根，每班至少3个循环体力劳动强度极大。
（2）单体支柱布置较为严密，造成人员作业空间狭小，且单体支柱在使用过程中其长度为2.7m～4.5m，重心较高，每个生产班上出口区域必须配备4个人以上协同作业，每天需多耗费人力8人。
（3）上隅角为工作面顶板安全管控薄弱点，因单体数量过多，不利于作业人员撤退。
（4）上隅角为保证顶板支护安全，投入人员多，支护速度慢，施工效率远低于工作面的其它作业环境，严重制约了矿井安全高效生产的目标。
3 解决措施
为提高工作效率，减少职工劳动强度，降低安全管理难度，经长期的现场观察和摸索，提出了改革创效方案，根据工作面支架的特点，在工作面低139架上侧（倾斜方向），设计并安装了一架上隅角斜撑式隐形液压支架，直接取代传统的单体液压支柱支护。
3.1斜撑式隐形液压支架的构成
斜撑式隐形液压支架附着在工作面端头支架上侧面，其主要构成部件如下图所示。
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3.2 斜撑式隐形液压支架的工作原理
斜撑式隐形液压支架的设计，根据单体初撑力≥90kN要求，当上隅角控顶面积达到最大的时候，单体支柱最多达到28根，合计对顶板施加2520kN的工作阻力。结合工作端头支架特点和规程措施的要求，斜撑式隐形液压支架的支撑千斤顶选用2根型号：φ230/140*900，拉力/推力：1303/823 kN的千斤顶，额定泵压31.5MPa时，2根千斤顶合计最小可以提供2606kN的工作初撑力，大于28根单体工作阻力总和，且支架顶梁为宽敞的整体钢梁面支护，效果远好于单体点柱，可确保日常的作业安全。
4 斜撑式隐形液压支架的使用效果
4.1斜撑式隐形液压支架实现了与支架同步挪移，操作人员只需动手指控制液压阀把，便可实现上隅角顶板的支护作业，大幅度减少了现场工人的劳动强度，对顶板支护更及时，工作效率明显提高。
4.2斜撑式隐形液压支架对顶板的支护为一整块钢板，支护面积大，支护严密，且选用的支撑千斤顶工作阻力大，支护强度远大于上隅角使用单体数量最多时的总和，较传统支护工艺更安全可靠。
4.3斜撑式隐形液压支架支护范围为780mm～2010mm，日常生产过程中，完全可以适应上隅角控顶面积不规则的变动态变化情况。
4.4斜撑式隐形液压支架的使用，使得上隅角支护变得简单快捷，可以一次性减少28根单体液压支柱的投入，同时该区域作业人员也可以由原来的4人减少到2人，实现了减员、减设备、提效益的效果。
5 经济效益计算
5.1成本投入计算
（1）斜撑式隐形液压支架加工周期1周，每天3人作业，加工费用为：8000÷25×7×3=6720元；设备安装调试3天，每天4人，安装费用为：8000÷25×3×4=3840元；合计人工工资投入1.056万元。
（2）斜撑式隐形液压支架材料及部件主要为钢板和液压千斤顶，支架主要结构部件投入钢板总重量为5.3t，钢材投入费用为2.12万元。投入的千斤顶大小共计7个，其中支撑千斤顶2个（合计费用1.6万元），前梁千斤顶1个（0.15万元），折叠护板千斤顶4个（合计费用0.24万元）；各类液压管路费用0.3万元。材料及结构件费用合计4.11万元。
5.2创效情况计算
（1）斜撑式隐形液压支架的使用，使得上出口区域岗位人员由原来的4人减少到2人，按照井下生产一线单位月度在岗人均工资水平12000元计算，则每年可以节约工资成本为：1.2×2×12=28.8万元。
（2）斜撑式隐形液压支架的使用，使得上隅角区域减少投入DZ-45型液压单体支柱28根，单价为1780元/根，共计减少购置费用4.984万元。斜撑式隐形液压支架的使用，年创造直接经济效益为：28.8+4.984-1.056-4.11=28.618万元。
6 安全效益
斜撑式隐形液压支架的使用，使得工作面上出口及上隅角结束了使用单体支护的原始落后工艺，杜绝了上隅角挪移单体期间带来的安全风险和顶板漏冒炭块伤人的风险，为现场职工创造了安全宽敞的作业环境，大幅度降低上隅角顶板管理的难度，为职工现场作业创造了一个本质安全的作业环境。
7 社会效益
该项目的投入使用，体现了工区崇尚“以人为本”的管理理念，在降低工人体力劳动强度的同时，大幅度的提高作业效率和安全可靠程度，得到了广大职工的一致好评。