大采高工作面運(yùn)輸巷分體推拉超前支架

程建禎，張世豪，趙光明，閆振東

(1.晉煤集團(tuán)金鼎煤機(jī)礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西晉城030031;2.山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西太原048006)

1 概述

大采高綜采工作面膠帶巷超前支護(hù)端頭，處于巷道和綜采工作面的交匯處，控頂面積大，受采動(dòng)影響大，礦壓顯現(xiàn)明顯，因此端頭維護(hù)是頂板控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。規(guī)程要求工作面兩側(cè)巷道20m范圍內(nèi)必須進(jìn)行超前支護(hù)，在軟煤層，頂板不穩(wěn)定，特殊地質(zhì)條件下范圍還需延長(zhǎng)到50m左右。傳統(tǒng)的綜合機(jī)械化采煤工作面兩巷超前支護(hù)主要以單體液壓支柱配合梁體進(jìn)行支護(hù)，這種超前支護(hù)形式存在支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、安全性差等缺點(diǎn)。隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，與工作面液壓支架效能相比，超前支護(hù)因落后而影響生產(chǎn)的矛盾越來(lái)越突出，特別是大采高工作面巷道高度達(dá)到4～5m時(shí)，單體支柱難以安全有效地進(jìn)行超前支護(hù)。單體支柱不但支護(hù)時(shí)困難，移動(dòng)單體柱也需要幾個(gè)人，支護(hù)費(fèi)工費(fèi)力。隨著巷道高度增大，單體柱傾倒、折斷的事故時(shí)有發(fā)生。在工作面運(yùn)輸巷因設(shè)備布置占用空間大，使得端頭區(qū)無(wú)支護(hù)的空間大。用超前支護(hù)支架代替?zhèn)鹘y(tǒng)單體柱支護(hù)，是煤礦研究的一個(gè)課題，尤其是位于綜采工作面膠帶運(yùn)輸巷的超前支護(hù)。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已有多種類型超前支架，如懸移式、滑移式、跨騎式等，這些超前支架存在以下缺點(diǎn):

(1)支護(hù)阻力較小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、移動(dòng)困難，對(duì)井下條件適應(yīng)性差，不能適應(yīng)大斷面巷道的需要。

(2)由于破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)的存在，使得超前支架體積大、重量大，安裝運(yùn)輸困難，同時(shí)對(duì)巷道斷面有較高的要求。

為此，研發(fā)了工作面運(yùn)輸巷分體推拉超前支護(hù)液壓支架，并在趙莊礦1305工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，取得良好效果。

2 樣機(jī)研制

為了開發(fā)具有工作阻力大、支護(hù)高度高、移動(dòng)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、安全可靠等特點(diǎn)的超前支架，在研制前期通過(guò)調(diào)研、試驗(yàn)、理論分析擬定方案，吸取過(guò)去研制超前支架的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)工作面運(yùn)輸巷設(shè)備多、空間小等條件，確定了超前支護(hù)支架組由3組分體支架，通過(guò)推移千斤頂連接組成。每架超前支護(hù)支架由左右兩部分通過(guò)頂梁、底座鉸接耳鉸接為一個(gè)整體，超前支護(hù)支架左右部分都包括頂梁、掩護(hù)梁、上下連桿、底座、前梁等部分。根據(jù)趙莊礦工業(yè)性試驗(yàn)工作面的頂?shù)装?、礦壓觀測(cè)等，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)和樣機(jī)制造。綜采工作面超前支護(hù)支架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1;超前支護(hù)液壓支架斷面見(jiàn)圖2。

圖1 超前支護(hù)液壓支架結(jié)構(gòu)

圖2 超前支護(hù)液壓支架斷面

3 支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主要技術(shù)參數(shù)

支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

(1)每架由相互獨(dú)立的左、右架連接而成，便于運(yùn)輸、安裝、維護(hù)。

(2)結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕，左、右部分重量小于12t;移架步距大，可達(dá)1.6m;運(yùn)輸高度低，支架整體高度可降到2m。

(3)每臺(tái)支架均設(shè)四連桿機(jī)構(gòu)和防倒機(jī)構(gòu)，保證超前支架的穩(wěn)定性。

(4)超前支護(hù)液壓支架可多架連接，支護(hù)長(zhǎng)度增加容易。

(5)前后架頂梁、底座間不直接連接，增強(qiáng)了對(duì)頂、底板不平整的適應(yīng)性。

(6)支架底座設(shè)計(jì)成船形結(jié)構(gòu)，移架阻力小，移架力大，不扎底。

(7)超前支架行走的方向、位置調(diào)節(jié)方便。

(8)支架在巷道布置后留有較大的通道，便于行人和運(yùn)輸物料。

(9)運(yùn)輸巷超前支架實(shí)現(xiàn)了與破碎機(jī)科學(xué)連接，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載、破碎機(jī)自行移動(dòng)。

超前支護(hù)液壓支架行走方式:隨著工作面的前移，第1組支撐單元收護(hù)幫板，降架 200～400mm，推移千斤頂伸出一個(gè)步距，升架達(dá)到初撐力，展開護(hù)幫板，完成1組移動(dòng)，后面每組支撐單元分別重復(fù)第1組支撐單元的步驟。到第3組支撐單元到達(dá)原第2組支撐單元的位置，完成1個(gè)步距的行走。

3組超前支架連接支護(hù)長(zhǎng)度不低于20m，滿足了安全規(guī)程要求;頂梁、底座單件最大長(zhǎng)度不大于5m，適應(yīng)了頂、底板的起伏變化。超前支護(hù)支架主要技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 超前支護(hù)支架主要技術(shù)參數(shù)

4 工業(yè)性試驗(yàn)情況

2010年該超前支護(hù)支架在趙莊二號(hào)井1305工作面運(yùn)輸巷進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:該超前支護(hù)支架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)能滿足大斷面巷道超前支護(hù)要求，提高了支護(hù)段巷道頂板的支護(hù)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了超前支護(hù)的機(jī)械化作業(yè)，有利于提高工作面推進(jìn)速度，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了端頭作業(yè)區(qū)的安全保障。

5 結(jié)論

(1)分體推移超前支架的研制，解決了工作面運(yùn)輸巷超前支護(hù)多年來(lái)存在的問(wèn)題，適應(yīng)了大采高工作面安全快速推進(jìn)的要求。

(2)分體推移超前支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕便;推移方便，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低;占用空間小，通風(fēng)斷面大;支護(hù)強(qiáng)度大，對(duì)頂?shù)装宓倪m應(yīng)性強(qiáng)。

(3)分體推移超前支架成功研制和應(yīng)用，不僅為大采高工作面提供了一套可靠的技術(shù)裝備，其系列裝備的研發(fā)將為高產(chǎn)高效礦井的首選裝備，為采煤工作面超前支護(hù)提供一種全新的、先進(jìn)的、機(jī)械化的支護(hù)方式。

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