放頂煤工作面端頭、超前支架研究與應(yīng)用

摘? 要：本文對(duì)放頂煤液壓支架工作面下順槽（機(jī)巷）及上順槽（材料巷）進(jìn)行了探討，分析了放頂煤液壓支架工作面整體布置及上、下順槽尺寸，介紹了工作面放頂煤上、下順槽端頭、超前液壓支架的結(jié)構(gòu)及提出了端頭、超前支架設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：放頂煤;液壓支架;超前支架;礦山應(yīng)用

分類號(hào)：TD355.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言：

放頂煤綜采近些年來(lái)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展，放頂煤技術(shù)的推廣使用，拓寬了綜合機(jī)械化開(kāi)采厚煤層的使用范圍，簡(jiǎn)化了礦井的采掘系統(tǒng)和生產(chǎn)組織，在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)量，降低煤炭生產(chǎn)成本，保證安全生產(chǎn)等方面均取得了比較顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。當(dāng)然放頂煤開(kāi)采也存在一些需要解決的問(wèn)題，需要進(jìn)一步的觀察與研究，不斷創(chuàng)新總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以便把我國(guó)厚煤層放頂煤開(kāi)采技術(shù)與放頂煤液壓支架達(dá)到世界最高水平。

隨著綜采面機(jī)械化程度和單產(chǎn)的快速提高，通風(fēng)、運(yùn)輸和開(kāi)采工藝對(duì)兩道斷面尺寸要求越來(lái)越大，并在采煤工藝和放頂煤液壓支架裝備水平上有新的突破，傳統(tǒng)的工作面超前支護(hù)方式從支護(hù)能力、支護(hù)高度、支護(hù)速度、自動(dòng)化程度、可操作性、安全性等方面都不能適應(yīng)安全高效綜采工作面對(duì)超前支護(hù)的要求，兩道超前支護(hù)已經(jīng)成為制約工作面高產(chǎn)高效的瓶頸。

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的工作面兩道超前支護(hù)方式是人工使用單體液壓支柱配合鉸接型鋼支護(hù)頂板。這種人工方式支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)面積小，勞動(dòng)強(qiáng)度大，回柱危險(xiǎn)性大，支護(hù)工藝技術(shù)落后，用人多，不利于安全生產(chǎn)，更不能滿足當(dāng)今的高產(chǎn)高效礦井的要求。

為此，研究綜采工作面兩道超前液壓支架支護(hù)技術(shù)就尤為重要。兩道超前液壓支架是一種新型的自移支架，有效地解決了工作面兩道長(zhǎng)期存在的支護(hù)強(qiáng)度低、工序繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)工作面兩道頂板管理的本質(zhì)安全。

一、礦區(qū)開(kāi)采技術(shù)條件：

1.922工作面9號(hào)煤層，煤層厚度16～18m，局部20m，有1m左右?jiàn)A矸，煤層埋藏深度約300m，最大埋藏深度500m。煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，煤層傾角8°～11°左右，局部15°，過(guò)斷層處可達(dá)20°;煤質(zhì)硬度f(wàn)=2～3。

2.工作面參數(shù)：

工作面傾斜長(zhǎng)度300 m（實(shí)體煤），機(jī)采高3.5 m。首采面走向長(zhǎng)度約1000 m，

3.煤巷斷面為矩形斷面，巷道尺寸（凈寬、凈高）：

下順槽;? ? ? ? ? ? 寬×高=5.5m×3.5m;

上順槽：? ? ? ? ? ? 寬×高=5.0m×3.5m;

4.配套設(shè)備

2.4.1.工作面布置圖：

1―前部可彎曲刮板輸送機(jī);2―采煤機(jī);3―放頂煤中部支架;4―放頂煤過(guò)渡支架;

5―放頂煤排頭支架;6―機(jī)頭端頭支架，7―順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)，8―破碎機(jī);

9―皮帶機(jī)自移機(jī)尾;10―機(jī)尾端頭支架;11―機(jī)尾超前支架組;

三、端頭及超前液壓支架布置情況：

1、922工作面機(jī)頭端頭支架ZT22500/23/40架

端頭支架裝配圖紙如下：

1―防咬架板;2―挑梁機(jī)構(gòu);3―護(hù)壁裝置;4―調(diào)架千斤頂。

支架型式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?分體、轉(zhuǎn)載機(jī)中置式，兩架一組

支架高度（mm）：? ? ? ? ? ? ? ?2300～4000

左右架中心距（mm）：? ? ? ? ? ?2500

支架初撐力（KN）：? ? ? ? ? ? ?20267（31.5MPa）

工作阻力（KN）：? ? ? ? ? ? ? ?22500（35MPa）

支護(hù)強(qiáng)度（MPa）：? ? ? ? ? ? ? 0.43

對(duì)底板比壓（MPa）：? ? ? ? ? ? 1.3

工作高度（m）：? ? ? ? ? ? ? ? 3.2～3.8

適應(yīng)煤層傾角（DEG）：? ? ? ? ? ? ?5

泵站壓力（MPa）：? ? ? ? ? ? ? ?31.5

操作方式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 手動(dòng)控制

端頭支架具有以下特點(diǎn)：

1）端頭支架采用轉(zhuǎn)載機(jī)中置，左右架形式;

2）端頭支架與轉(zhuǎn)載機(jī)連接，采用邁步交替自移，實(shí)現(xiàn)端頭支架行走要求;

3）端頭支架位于下順槽機(jī)頭處，支架頂梁左側(cè)（支架面向煤壁）帶有防咬架板，使端頭支架緊靠排頭支架，以保證端頭支架與排頭支架架間密封;

4）支架內(nèi)側(cè)設(shè)置挑梁機(jī)構(gòu)有效支護(hù)轉(zhuǎn)載機(jī)尾，支架右側(cè)設(shè)置有護(hù)壁裝置，保證足夠的安全行人通道。

5）端頭支架支護(hù)長(zhǎng)度為13.7米，有效的支護(hù)前、后部運(yùn)輸機(jī)。

6）端頭支架距離下幫底座上

2、922工作面超前支架組ZT33570/25.5/40

超前支架組裝配圖如下：

1―錨固支架;2―超前支架;3―護(hù)壁裝置;4―調(diào)架千斤頂。

支架型式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?左右架型式，三架一組

支架高度（mm）：? ? ? ? ? ? ? ?2550～4000

左右架中心距（mm）：? ? ? ? ? ?1930

支架初撐力（KN）：? ? ? ? ? ? ?27832（31.5MPa）

工作阻力（KN）：? ? ? ? ? ? ? ?33570（38MPa）

支護(hù)強(qiáng)度（MPa）：? ? ? ? ? ? ? 0.55

對(duì)底板比壓（MPa）：? ? ? ? ? ? 2.8

泵站壓力（MPa）：? ? ? ? ? ? ? ?31.5

操作方式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 手動(dòng)本架控制

超前支架組具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）超前支架組采用左右架形式，左、右架頂梁及底座之間采用拉架千斤頂保證超前支架的穩(wěn)定性及調(diào)整左、右架之間距離;

2）超前支架組前部設(shè)置有錨固支架，通過(guò)錨固支架來(lái)實(shí)現(xiàn)超前支架組的交替自移自動(dòng)化行走;

3）超前支架組超前支護(hù)約22米;

4）超前支架組中部空間達(dá)到1.4米，預(yù)留出足夠的運(yùn)輸通道;

5）超前支架組為一組三架形式;

6）每組支架帶有伸縮梁，當(dāng)支架組進(jìn)行移架時(shí)伸縮梁可臨時(shí)伸出以保證架間密封;

7）超前支架外側(cè)帶有挑梁以增大頂板支護(hù)面積;

8）超前支架頂梁內(nèi)側(cè)采用封箱體結(jié)構(gòu)以保證對(duì)頂板的支護(hù)。

3、922工作面機(jī)尾端頭支架ZT33570/25.5/40

機(jī)尾端頭支架裝配圖如下：

1―拉架千斤頂;2―前頂梁;3―中頂梁;4―后頂梁。

支架型式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?單架、梁體鉸接

支架高度（mm）：? ? ? ? ? ? ? ?2550～4000

支架底座寬度（mm）：? ? ? ? ? ?800

支架初撐力（KN）：? ? ? ? ? ? ?7920（31.5MPa）

工作阻力（KN）：? ? ? ? ? ? ? ?9552（38MPa）

支護(hù)強(qiáng)度（MPa）：? ? ? ? ? ? ? 0.6

對(duì)底板比壓（MPa）：? ? ? ? ? ? 1.0

泵站壓力（MPa）：? ? ? ? ? ? ? ?31.5

操作方式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 手動(dòng)本架控制

機(jī)尾端頭支架具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）機(jī)尾端頭支架通過(guò)千斤頂與超前支架進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)尾端頭支架的自動(dòng)化行走;

2）由于工作面需將三角煤割透，為避免下順槽截面過(guò)大增加順槽頂板維護(hù)難度，在有限的空間內(nèi)機(jī)尾順槽處新設(shè)計(jì)新型支架，機(jī)尾端頭支架后部采用雙排立柱，頂梁寬度1米，底座寬度為0.8米;

3）端頭支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支架重量輕便于拉架，后部支架為四柱正連桿機(jī)構(gòu);前部采用單排立柱，單頂梁及單底座;

4）頂梁、底座分為前、中、后三部分，通過(guò)銷軸進(jìn)行鉸接;由于機(jī)尾排頭架與上幫間距離很小而且需要留出行人空間，所以將前、中頂梁底座為窄頂梁底座，底座寬度僅為420mm，頂梁寬度為350mm。

5）后頂梁、底座及四連桿機(jī)構(gòu)深入老塘近2米，有效支撐老塘壓力大區(qū)域。

四、端頭及超前支架技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

1、初撐力的確定

根據(jù)不同礦區(qū)提供的地質(zhì)條件及考察礦區(qū)周圍類似地質(zhì)條件使用設(shè)備進(jìn)行計(jì)算、校核與對(duì)比;確定合理的支架初撐力，首先要確定端頭及超前支架的主要作用是“護(hù)”住頂板，端頭支架及超前支架初撐力，如果初撐力過(guò)大容易破壞頂板，解決辦法：（1）可適當(dāng)減小立柱缸徑同時(shí)加大立柱大缸強(qiáng)度;（2）通常泵站壓力為31.5MPa，可在端頭支架進(jìn)液管處增加減壓閥來(lái)減小端頭支架進(jìn)液壓力。

2、端頭、超前支架超前支護(hù)長(zhǎng)度的確定

超前支護(hù)長(zhǎng)度不是越長(zhǎng)越好，支護(hù)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起支架對(duì)頂板的反復(fù)支撐，容易造成對(duì)頂板的破壞，加大維護(hù)頂板的難度，所以需要根據(jù)不同礦區(qū)的壓力影響范圍確定合理的支護(hù)長(zhǎng)度，并且為減少反復(fù)支撐次數(shù)，可加大超前支架推移千斤頂推移步距減少支撐次數(shù)使超前支架快速移動(dòng)。

五、配置端頭及超前支架的意義

1、提高了上、下順槽的支護(hù)強(qiáng)度，提高了工人工作的安全性。922工作面配置了機(jī)頭端頭支架、機(jī)尾端頭支架、超前支架組后，整個(gè)工作面形成了一個(gè)完美的配套取消了單體立柱的使用，有效的提高了作業(yè)安全性。

2、減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，端頭支架及超前支架均可通過(guò)自動(dòng)化移架，省去了工人肩抗回撤單體立柱的勞累，有效提高工人的工作效率。

3、端頭及超前支架操作靈活，方便，有效的提高了工作面推進(jìn)速度，減少了為上、下順槽頂板維護(hù)工人的數(shù)量，有效提高工作面的經(jīng)濟(jì)效益。

六、結(jié)語(yǔ)

端頭及超前支架設(shè)計(jì)合理，支護(hù)強(qiáng)度大，操作靈活方便，易于行人安全及很好的維護(hù)了頂板，端頭支架及超前支架的成功應(yīng)用保證了工作面的安全生產(chǎn)，為煤礦帶來(lái)了社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 趙宏珠? 《綜采面礦壓與液壓支架設(shè)計(jì)》[J].徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1987

作者簡(jiǎn)介：

陳井龍（1982—），從事液壓支架研發(fā)設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)任中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司煤機(jī)裝備研究院設(shè)計(jì)三所所長(zhǎng)。

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