掘進(jìn)巷道臨時(shí)支護(hù)液壓支架的研制與應(yīng)用

劉子榮

（晉能煤業(yè)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)東周窯礦開采的掘進(jìn)巷道地質(zhì)情況復(fù)雜。在巷道掘進(jìn)過程中，基于煤層賦存角度、頂?shù)装鍙?qiáng)度的影響，掘進(jìn)巷道臨時(shí)超前支護(hù)主要是采用懸掛頂梁前探梁的人工作業(yè)形式，該臨時(shí)超前支護(hù)方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、速度慢、進(jìn)度效率低。依據(jù)東周窯礦智能化煤礦建設(shè)的要求，基于煤礦高產(chǎn)高效安全開采的目標(biāo)，以2105 掘進(jìn)巷道為案例，從綜掘機(jī)組配套的機(jī)型、功率，采煤工作面綜采設(shè)備和工作面液壓支架的高度要求出發(fā)，開展了電液遙控操縱式掘進(jìn)臨時(shí)超前支護(hù)液壓支架的設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究[1-6]。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)東周窯礦地處山西省大同煤田東翼中東部邊緣地帶，井田面積101.13 km2，礦井地質(zhì)保有儲(chǔ)量177 062 萬t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1000 萬t/a，服務(wù)年限63 a?？刹擅簩? 層，總厚度29.65 m，煤層傾角一般小于10°，主采煤層為3#～5#層，平均厚度為15.72 m。

東周窯礦一盤區(qū)2105 掘進(jìn)巷道設(shè)計(jì)全長2800 m，矩形斷面，掘進(jìn)寬度為4600 mm，掘進(jìn)高度為2400～3200 mm。地層傾為5°～9°，沿3#煤層頂板掘進(jìn)，煤層平均厚度為3.9 m，結(jié)構(gòu)簡單。

2 永久支護(hù)方式

2105 巷道及掘進(jìn)斷面頂板支護(hù)設(shè)計(jì)采用“錨桿+塑鋼網(wǎng)+錨索梁”聯(lián)合支護(hù)方式，施工按永久支護(hù)作業(yè)，如圖1。

頂錨桿使用Ф20 mm×2500 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿托盤尺寸200 mm×200 mm×12 mm，頂錨桿間距800 mm，排距1000 mm；頂板錨索采用Ф17.8 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度7300 mm，每排布置3 根，頂錨索間距1200 m，排距2000 mm。

以往該煤礦掘進(jìn)巷道臨時(shí)超前支護(hù)主要是采用懸掛頂梁前探梁的人工作業(yè)形式，勞動(dòng)強(qiáng)度大、速度慢、進(jìn)度效率低。該煤礦針對(duì)2105 掘進(jìn)巷道，開展了電液遙控操縱式掘進(jìn)超前支護(hù)液壓支架設(shè)計(jì)和實(shí)踐應(yīng)用研究，期望能電液遙控操縱一鍵自動(dòng)移架，同時(shí)當(dāng)有工作人員超過行程范圍后，支架可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止動(dòng)作并閉鎖，安全性較好。

3 臨時(shí)超前支護(hù)液壓支架的設(shè)計(jì)要求分析

3.1 超前支護(hù)液壓支架的適用要求

2105 掘進(jìn)巷道臨時(shí)超前支護(hù)液壓支架的要求主要有：工作阻力及支護(hù)強(qiáng)度要適當(dāng)，不破壞錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)對(duì)頂板完整性和平整度的要求；支架形式要保證最小過機(jī)空間，挑梁間距設(shè)計(jì)符合錨桿鉆孔的點(diǎn)位尺寸要求；架型經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，力爭滿足初撐力支護(hù)強(qiáng)度的前提下，結(jié)構(gòu)件薄窄化、輕量化設(shè)計(jì)。架體主要部件、關(guān)鍵部位采用高強(qiáng)度鋼板，經(jīng)優(yōu)化采取局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)，壓縮結(jié)構(gòu)寬度及頂梁厚度，使底座收窄、頂梁平薄，加大支架下方空間，提供更大的過機(jī)空間和過人通風(fēng)空間，達(dá)到保證具有較高的可靠性的同時(shí)，結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)。

3.2 實(shí)用功能性要求

掘進(jìn)超前支架借助液壓動(dòng)力進(jìn)行升柱、降柱、移柱、頂梁伸縮等各部結(jié)構(gòu)動(dòng)作，并配以電液遙控操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全快速操縱；掘進(jìn)超前支架液壓系統(tǒng)采用符合煤礦標(biāo)準(zhǔn)及通用的KJ系列接頭，與工作面主進(jìn)、回液一致；掘進(jìn)超前支架設(shè)有防傾倒裝置；掘進(jìn)超前支架的循環(huán)步距為1.0 m。

臨時(shí)支護(hù)支架為掘進(jìn)工作面鋪設(shè)錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)的臨時(shí)支護(hù)，在掘進(jìn)施工作業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)自移行走和支護(hù)操作功能，保護(hù)迎頭錨護(hù)作業(yè)人員安全，能夠替代現(xiàn)有的吊掛式前探梁作為超前支護(hù)使用，可有效提高掘進(jìn)單進(jìn)水平，降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，防范各類頂板事故的發(fā)生。

4 ZLJ2400/24/32 臨時(shí)超前支護(hù)液壓支架的設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)分析

設(shè)計(jì)的ZLJ2400/24/32 型臨時(shí)超前支護(hù)液壓整套支架分為架體部分、液壓系統(tǒng)和控制部分。架體為門式結(jié)構(gòu)，2 組前后連接成1 套。為縮小架體占用空間、便于錨護(hù)，頂梁的立柱千斤頂選用較細(xì)直徑，數(shù)量8 根，分為2 組支撐于兩側(cè)幫壁處。頂梁橫向支撐分為前后頂梁，設(shè)計(jì)有前探梁、伸縮梁、翻轉(zhuǎn)板，左右設(shè)有調(diào)偏裝置護(hù)幫板。頂梁上交錯(cuò)排布有縱向支撐棚梁。立柱底座采取輕窄形式，4 組底座前后兩兩相連置于兩側(cè)。前后底座連接推移千斤頂，前后架交錯(cuò)支撐，利用推移千斤頂伸縮動(dòng)作實(shí)現(xiàn)前后架的移動(dòng)推進(jìn)。

支架液壓系統(tǒng)使用采煤液壓支架標(biāo)準(zhǔn)及通用的KJ 系列接頭，與工作面主進(jìn)、回液一致的管路，及快速接頭高壓膠管；各動(dòng)作液壓千斤頂配置液壓鎖安全閥等液壓元件；集中操縱閥與電磁閥配套控制支架所有動(dòng)作。

控制部分設(shè)置電磁閥控制液壓系統(tǒng)，使用遙控器操縱，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離操作。遙控接收器、電磁閥和液控閥集中安裝，以利于液壓管路的排布。

4.2 工作方式

掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，超前支架前后兩組左右立柱千斤頂支撐頂梁支撐于巷道頂板，橫跨在掘進(jìn)機(jī)上方，掘進(jìn)機(jī)截割1 m 后，超前支架前架降架，后架支撐，底座推移千斤頂和頂梁伸縮千斤頂動(dòng)作推動(dòng)前組架前移跟進(jìn)，預(yù)鋪錨網(wǎng)之后升架支護(hù)；綜掘機(jī)二次截割，割完頂板后，支架前探梁伸出，同時(shí)在梁上預(yù)鋪錯(cuò)網(wǎng)；綜掘機(jī)再次截割，截割后支架伸出翻轉(zhuǎn)梁，同時(shí)掛上錨網(wǎng)，支撐于頂板上，然后退出綜掘機(jī)，進(jìn)行集中打眼、錨護(hù)作業(yè)。

此種超前支護(hù)推進(jìn)方式可以實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)截割三個(gè)循環(huán)進(jìn)行一次集中錨護(hù)作業(yè)，由原來的一掘錨改進(jìn)成三掘一錨，并對(duì)頂板采用液壓臨時(shí)超前支護(hù)，保障空頂下人員安全，提高掘錨循環(huán)效率。

4.3 主要技術(shù)參數(shù)

ZLJ-2400/24/32 型臨時(shí)超前支架主要技術(shù)參數(shù)：

支護(hù)高度2400～3200 mm，支護(hù)寬度4500 mm，工作阻力2880 kN，初撐力2400 kN，立柱內(nèi)徑Ф125 mm，支護(hù)強(qiáng)度0.19 MPa，對(duì)底板平均比壓≤1.5 MPa，支架中心距1500 mm，支架控制方式為手動(dòng)/遙控。

5 工業(yè)性試驗(yàn)

5.1 應(yīng)用情況

結(jié)合東周窯礦2105 掘進(jìn)巷道實(shí)際地質(zhì)情況，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時(shí)超前支架。該支架結(jié)構(gòu)由集團(tuán)機(jī)電裝備公司制造，用于掘進(jìn)端頭臨時(shí)支護(hù)。

掘進(jìn)、錨固及臨時(shí)支護(hù)工藝流程：檢查頂板（敲幫問頂）→掘進(jìn)機(jī)截割→降前架→移前架→掘進(jìn)機(jī)截割→敲幫問頂→伸縮梁伸出支護(hù)→掘進(jìn)機(jī)截割→翻轉(zhuǎn)板打開→施工頂錨桿眼→安裝頂錨桿→鋪網(wǎng)→安裝頂錨盤→施工幫錨桿眼→安裝幫錨桿→鋪幫網(wǎng)→連幫網(wǎng)→安裝幫錨盤→降后架→移后架→施工錨索眼→安裝錨索→預(yù)緊錨索→依次循環(huán)。

5.2 效果分析

目前2105 巷道已掘進(jìn)近1200 m，在掘進(jìn)期間，ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時(shí)超前支架的支護(hù)效果理想，施工期間端頭支護(hù)區(qū)域未發(fā)生頂板冒落和變形量過大的問題。ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時(shí)超前支架與綜掘機(jī)進(jìn)行配套作業(yè)，有效地減少停機(jī)錨護(hù)的頻率，掘進(jìn)效率提高了35%，同時(shí)給鋪網(wǎng)等掘進(jìn)輔助作業(yè)施工提供了安全作業(yè)環(huán)境，保證施工作業(yè)人員的人身安全，為巷道的綜合機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)提供了有力支持。ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時(shí)超前支架的應(yīng)用，具有較好的社會(huì)安全經(jīng)濟(jì)效益。