兗州礦區(qū)綜放面端頭及兩巷超前液壓支架研制與應(yīng)用

張崇宏

(兗礦集團(tuán)有限公司,山東鄒城 273500)

兗州礦區(qū)綜放面端頭及兩巷超前液壓支架研制與應(yīng)用

張崇宏

(兗礦集團(tuán)有限公司,山東鄒城 273500)

針對(duì)綜放工作面端頭及兩巷采用傳統(tǒng)單體支柱支護(hù)方式所存在的安全與效率問題,兗礦集團(tuán)研發(fā)了成套綜放工作面端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架,從而實(shí)現(xiàn)了綜放工作面端頭及兩巷超前支護(hù)的機(jī)械化。闡述了該項(xiàng)技術(shù)所包括的端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架的設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、試驗(yàn)與改進(jìn)途徑。并就應(yīng)用推廣前景做了分析。

超前支護(hù);液壓支架;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);試驗(yàn)

Development of Application of Head and Advanced Powered Support in Full-mechan ized Caving Face of YanzhouM in ing Area

綜放工作面端頭區(qū)及兩巷超前支護(hù)是影響綜采放頂煤工作面能否實(shí)現(xiàn)安全高效開采的一個(gè)關(guān)鍵因素。在兗州礦區(qū),綜放工作面端頭及兩巷的超前支護(hù)傳統(tǒng)上普遍采用十字金屬鉸接頂梁 (或一字梁)配合單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)。因該處應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜、巷道變形嚴(yán)重,致使支護(hù)難度大、用工耗時(shí)多、安全狀況差,同時(shí)因超前支護(hù)距離長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差,導(dǎo)致生產(chǎn)受影響、工作面單產(chǎn)降低。雖然綜放面的裝備水平能力很高,但是以單體支柱為主的支護(hù)方式增大了回料工作的危險(xiǎn)性,給綜放工作面的高效推進(jìn)和安全管理帶來一定困難,同時(shí)降低了端頭及兩巷超前支護(hù)區(qū)的機(jī)械化程度,成為綜采放頂煤機(jī)械化開采技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)。研究開發(fā)機(jī)械化、高效率、更安全的新型端頭及兩巷液壓支架,實(shí)現(xiàn)端頭支架及兩巷超前液壓支架支護(hù)與工作面大功率裝備的全面配套是必要的。

1 綜放面端頭及兩巷超前液壓支架的設(shè)計(jì)

兗州礦區(qū)綜放工作面兩巷的礦壓特點(diǎn)與錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù):實(shí)體煤巷道 (運(yùn)輸巷)受工作面超前支承壓力影響范圍 25～38m,平均 30m,影響高峰區(qū)距煤壁 10m以內(nèi);沿空巷道 (軌道巷)受工作面超前支承壓力影響范圍 80～150m,一般為 110m,影響高峰區(qū)距煤壁 40m以內(nèi),頂?shù)装逡平坷塾?jì)為 400～1250mm,平均達(dá) 1050mm,兩幫移近量累計(jì)為 600～2500mm,平均達(dá) 1500mm。運(yùn)輸巷斷面規(guī)格一般為微梯形,巷道上凈寬 4000mm,下凈寬4400mm,凈高 3000mm,采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。沿空軌道巷斷面規(guī)格為微梯形,上凈寬 4000mm,下凈寬 4600mm,高 3000mm,錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

設(shè)計(jì)端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架的主要技術(shù)要求:

(1)端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架能夠適應(yīng)支護(hù)斷面尺寸的變化,有效地維護(hù)工作面端頭及兩巷的斷面空間;護(hù)幫、護(hù)巷效果好、能有效控制巷道變形,確保足夠的行人和運(yùn)輸空間。

(2)按照《端頭液壓支架技術(shù)條件》要求,端頭支架具有切頂能力強(qiáng),支架應(yīng)保證工作面巷道出口高度 1.8～2.4m,人行通道寬度不低于 1.2m。

(3)支架動(dòng)作靈活輕便,能夠和工作面其他設(shè)備有效協(xié)調(diào)配合,拉移動(dòng)作快速便捷。

(4)機(jī)械化程度高,操作簡(jiǎn)便,取消繁重體力勞動(dòng)。

(5)支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能可靠。

(6)支架設(shè)計(jì)工作阻力高、支護(hù)面積大、強(qiáng)度高,對(duì)頂板支護(hù)能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

(7)支架與綜放設(shè)備配套可滿足年產(chǎn) 3～6Mt產(chǎn)量的要求。

(8)能在各種條件下順利拉架,特別是當(dāng)無法進(jìn)行正規(guī)循環(huán)時(shí),采煤機(jī)冷卻水、降塵水以及采空區(qū)的大量淋水都會(huì)積聚在下端頭處,造成移架困難,要求支架具有較大的拉架力,設(shè)計(jì)推移千斤頂?shù)睦芰Σ恍∮诙祟^支架總重量的 3倍,頂梁要設(shè)置調(diào)架裝置。

(9)支架推移機(jī)構(gòu)的推力應(yīng)大于 1.3倍的拉架力,以克服推移過程中所遇到的各種阻力之和。

(10)支架的服務(wù)年限要超過 7a,大修周期達(dá)到3a。

(11)支架應(yīng)與工作面的地質(zhì)條件、巷道尺寸、配套設(shè)備等相適應(yīng),具有方便使用的性能。

(12)要保證較大的無立柱空間,以保證端頭處設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及順利前移。

(13)在設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和使用性能上,總體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

研制所遵循的原則:綜放工作面端頭及兩巷超前液壓支架的研究與制造遵循逐步改進(jìn)與完善的原則。首先是研制適用于條件較好的綜放工作面實(shí)體煤運(yùn)輸巷端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架;之后是研制支護(hù)強(qiáng)度提高、支護(hù)空間擴(kuò)大的綜放工作面軌道巷端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架;最終研制出了適用范圍涵蓋兗州礦區(qū)的系列成套綜放工作面端頭及兩巷超前液壓支架。

2 端頭及兩巷超前支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主要技術(shù)參數(shù)

2.1 運(yùn)輸巷端頭及超前支護(hù)液壓支架

通過設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算,在系列型式型號(hào)運(yùn)輸巷端頭及超前支護(hù)液壓支架研制與工業(yè)性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過不斷改進(jìn)在工業(yè)性試驗(yàn)過程中暴露出的各種問題,完成了對(duì)較為完善的 ZT24500/18/35型綜放工作面實(shí)體煤運(yùn)輸巷超前支護(hù)液壓支架的研制研發(fā)。支架的結(jié)構(gòu)型式為二架型三組合左右邁步式。由超前支架、端頭支架組成。其中,超前支架2架,為六柱兩架一組結(jié)構(gòu);端頭支架 1架,為八柱兩架一組結(jié)構(gòu),前帶鉸接前梁形式。超前支架設(shè)計(jì)成六柱結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊,受力均勻,四連桿加單擺桿機(jī)構(gòu),確保了支架的穩(wěn)定性,頂梁配置與推移步距相適應(yīng)的調(diào)架千斤頂,有效防止了左右倒架并確保順利移架。端頭支架設(shè)計(jì)成八柱結(jié)構(gòu),頂梁亦配置了調(diào)架千斤頂,鉸接頂梁帶鉸接前梁結(jié)構(gòu)形式,提高了對(duì)頂板的適應(yīng)能力和支撐能力。該架型整架工作阻力達(dá)到 24500kN,支護(hù)高度為 1.8～3.5m,支護(hù)長(zhǎng)度約為 32m,其中超前支護(hù)長(zhǎng)度約為 21.3m,適用于綜放工作面實(shí)體煤運(yùn)輸巷端頭及超前支護(hù)。

2.2 沿空軌道巷超前支護(hù)液壓支架

該型綜放工作面端頭及沿空軌道巷超前支護(hù)液壓支架的結(jié)構(gòu)形式為四架型八組合左右邁步式。包括端尾支架 1架、端頭支架Ⅱ型 1架、端頭支架Ⅰ型 2架、超前支架 3架和錨固支架 1架,除端尾支架為支撐掩護(hù)式以外,其余支架均為 2架 1組架型,互換性提高。錨固支架同端頭支架Ⅰ型架型相同,均為四柱支撐,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以互換使用,并且可以根據(jù)巷道的支護(hù)需要任意組合,調(diào)整超前支護(hù)的長(zhǎng)度,支護(hù)長(zhǎng)度約 65.5m,其中超前支護(hù)長(zhǎng)度為 58.8m。超前支架設(shè)計(jì)成八柱結(jié)構(gòu),受力均勻,四連桿加單擺桿機(jī)構(gòu),確保了支架的穩(wěn)定性。端頭支架Ⅱ型的頂梁前后均帶鉸接前梁,靠近端尾三角區(qū)域的前梁,不用時(shí)可以拆掉,增加了端尾三角區(qū)域內(nèi)對(duì)頂板的適應(yīng)性。端尾支架設(shè)計(jì)成六柱支架,鉸接頂梁帶鉸接前梁結(jié)構(gòu)形式,提高了對(duì)頂板的適應(yīng)能力和支撐能力。錨固支架和超前支架的推移行程滿足 2個(gè)推移步距要求,減少了對(duì)頂板的反復(fù)支撐次數(shù),且頂梁和底座都配置了與 2個(gè)推移步距相適應(yīng)的調(diào)架和調(diào)底千斤頂,有效防止左右倒架和底座內(nèi)收,確保順利移架和行人空間。端頭支架Ⅰ型和端頭支架Ⅱ型推移行程滿足 1個(gè)推移步距要求,配合工作面及時(shí)移架,提高了工作效率,且頂梁和底座都配置了與 1個(gè)推移步距相適應(yīng)的調(diào)架和調(diào)底千斤頂。該架型支架整體工作阻力為 103500kN,適宜于綜放工作面端頭及沿空軌道巷超前支護(hù),尤其對(duì)大斷面、大變形、應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜且應(yīng)力水平高的綜放沿空軌道巷的控制效果更加明顯,結(jié)構(gòu)性能更趨完善。

3 綜放面端頭及兩巷超前液壓支架工業(yè)性試驗(yàn)

系列綜放工作面端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架,歷經(jīng) 7種架型。先后于 2004年 12月～2007年06月陸續(xù)在興隆莊煤礦 4301綜放工作面、鮑店煤礦 1314綜放工作面、鮑店煤礦 1316綜放工作面和興隆莊煤礦 1308綜放工作面等現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)。

其中首套 ZT9800/16/30型運(yùn)輸巷端頭液壓支架在興隆莊 4301綜放面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。該面埋藏深度為 238.03～293.22m。所采煤層為 3煤,煤層厚度 5.85～9.40m,平均 8.2m。煤層傾角 3～10°,平均 5°,煤層硬度系數(shù) f=2.3。工作面面長(zhǎng)176m,推進(jìn)長(zhǎng)度 667m,工業(yè)儲(chǔ)量 1.3Mt,設(shè)計(jì)采出煤量 1.088Mt,工作面設(shè)計(jì)采出率 83.7%。兩巷為錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)。

首套 ZT83200/19/35型綜放工作面軌道巷(沿空)端頭支架,在鮑店煤礦 1316綜放面軌道巷及端部出口進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。該面埋藏深度為320.95～393.75m。3層煤硬度系數(shù) f=3.1～3.9,煤層厚度 8.18～8.74m,平均厚 8.53m,煤層傾角4～11°,平均 6.5°。工作面傾斜長(zhǎng) 170m,推進(jìn)長(zhǎng)度 543m,工業(yè)儲(chǔ)量 1.063Mt,設(shè)計(jì)采出煤量903.6kt,工作面設(shè)計(jì)采出率 85%。

系列工業(yè)性試驗(yàn)中,研制的各型端頭及超前支護(hù)液壓支架所存在的主要問題是:前期研制的架型有倒架、拉移千斤頂彎曲、內(nèi)架與外架工作面不互換、支架移動(dòng)和電纜水管移動(dòng)相互干涉、立柱漲缸、錨固裝置易跑偏、端尾支架的支護(hù)強(qiáng)度與切頂力不足等現(xiàn)象。在階段性成果及持續(xù)改進(jìn)過程中,支架結(jié)構(gòu)性能逐步實(shí)現(xiàn)了與工作面設(shè)備的總體協(xié)調(diào)配套。最終形成了適應(yīng)兗州礦區(qū)綜放工作面煤層賦存條件和安全高效生產(chǎn)要求的 ZT24500/18/35型運(yùn)輸巷端頭及超前支護(hù)液壓支架,ZT103500/22/38型沿空軌道巷端頭及超前支護(hù)液壓支架。

4 結(jié)論

試驗(yàn)與應(yīng)用實(shí)踐證明,端頭及兩巷超前支護(hù)液壓支架左右邁步式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,操作與維護(hù)方便,支護(hù)強(qiáng)度高。與工作面過渡支架、中間支架、前后部刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備的總體配套運(yùn)動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)。實(shí)現(xiàn)了綜放工作面端頭及兩巷超前支護(hù)的機(jī)械化。同時(shí),由于該項(xiàng)技術(shù)取消了傳統(tǒng)的單體支柱支護(hù)方式,因而改善了職工的作業(yè)環(huán)境,提高了礦井安全高效生產(chǎn)裝備水平。

TD355.46

B

1006-6225(2010)03-0080-02

2010-04-28

張崇宏 (1964-),男,山東膠南人,高級(jí)工程師,綜機(jī)管理中心總工程師,多年從事綜采掘裝備管理和技術(shù)研究工作。

[責(zé)任編輯王興庫(kù)]