充填開采工作面上巷端頭液壓支架的設計與應用

引言

工作面端頭是工作面與上下巷貫通地點，充填采煤工作面端頭空間相對要大，以便布置運矸轉載皮帶機及其配套的機電設備，同時也是設備物料運輸和工作面人員進出通道。傳統(tǒng)的充填采煤工組面上巷端頭采用單體支柱配合長梁進行支護，并且巷道后方的充填物料自然堆積無法進行夯實。因此，上巷端頭位置支護和管理意義重大，必須設計適用于充填開采工作面的新型端頭支架。

1、7608（底）層充填工作面概況

1.1地質概況

7608（底）工作面地面位于邢臺礦工業(yè)廣場東南。工作面偏西北方向是礦山救護隊新建大樓，最近處不足100m，另外工作面北部對應地面位置處有交通設施、管線設施等。工作面的開采預計會對礦山鐵路專線、礦至工人村公路、救護大隊新建辦公樓等地面建筑設施造成一定的影響。

1.2煤層賦存情況

7608（底）工作面走向長度584～588m，傾斜長度約為59.5m，本工作面所采煤層為2號煤，屬復雜結構厚煤層，工作面區(qū)域內，煤層平均厚度為6.14米，煤層傾角2～14度，平均9度左右。整個煤層分為上下兩個自然分層，上分層平均厚度為3.14米已回采完畢，現余厚平均為3.0米。工作面工業(yè)儲量為12.7萬噸，可采儲量為11.8萬噸（工作面回采率為93%），服務年限10個月。

2、充填工作面新型端頭支架設計

2.1新型端頭支架設計目的

工作面回采期間，機尾順巷布置有運矸轉載皮帶機，因此沒有空間安裝占巷支架支護頂板，為避免機尾空頂采取π型梁配單體支柱的支護方式，順巷打四道π型梁支護，隨工作面的推進進行邁步交替支護；這種作業(yè)方式導致工人勞動強度大，需要支、回、搬運一定數量的單體支柱和π型梁，并且有短時間的空頂作業(yè)，具有一定的危險性；其次，沒有支架占巷導致巷道后方4m寬范圍內無法對充填物料進行搗實，充實率低。為解決上述問題，有必要研究、設計一種分體式端頭支架用于支護機尾三角區(qū)頂板，實現運矸轉載皮帶機的通過和巷道后部的充填搗實作業(yè)。

2.2端頭支架技術特點和要求

從7608（底）工作面充填工作面的初采技術條件即可看出，工作面兩端頭受采動影響最大，礦壓顯現復雜。而且機尾端頭區(qū)是運矸設備的交接點，設備布置密集，更是行人、運料的咽喉部位，既是頂板維護的重點，又是頂板管理的難點。由此可以總結得出端頭支護必須要具有以下方面的技術特點和要求：①要求端頭液壓支架采用分體式設計，適用于井筒和巷道斷面規(guī)格較小的老礦井應用；②要求端頭液壓支架用于支護機尾三角區(qū)頂板，支架中間可以通過運矸轉載皮帶機；要求端頭支架必須要有良好的橫向與縱向穩(wěn)定性，實現工作面機尾三角區(qū)零空頂；同時要有足夠的立柱空間滿足運矸轉載皮帶機通過。③端頭支架高度和寬度必須能適應巷道寬度和高度的變化，更好的實現頂板支護；④要求設計同端頭液壓支架配套的搗實機構，實現對架后充填物料的夯實；⑤要求設計端頭液壓支架自動拉移裝置，使支架自身具備拉移功能。

2.3端頭支架結構設計

ZT13200/18/34型自移式端頭支架組用于充填工作面生產，代替單體支柱支護機尾三角區(qū)，具有操作簡單、自移并可自動調整寬度的優(yōu)點，是保證巷道設備和作業(yè)人員安全的一種新型端頭支護設備。經過實際的裝備運用和技術改進，現已成型并在逐步推廣使用。①技術特征。端頭液壓支架高度為1.8-3.4米，寬度為3.162-3.562米，初撐力為11868KN（P=31.5Mpa），工作阻力為13200KN （P=31.5Mpa），對底板比壓為1.8Mpa，支護強度0.5Mpa。②端頭支架的結構。支架承載件結構：端頭液壓支架采用支撐式分體結構，整體分為三個部分，即：側架、中間架和拉移梁機構。左右側架分別由前底座、后底座、前頂梁、后頂梁、立柱、反四連桿機構等部分組成；中間架由兩組側架和多塊頂梁連接板組成，其后部安裝有搗實機構，用于夯實架后的固體充填物料。

圖 充填端頭液壓支架組結構示意圖

3、ZT13200/18/34型端頭液壓支架組應用效果

通過對7608（底）工作面自2014年7月3日至2014年10月15日在線礦壓監(jiān)測數據進行分析得出以下結果：①充填開采初期，工作面沒有安裝端頭支架占巷，采用DW—2.8/3.2單體配合“π”型長梁進行加強支護，沿運矸巷運矸轉載機兩幫各打兩道長梁，長度為10米，兩道長梁相互邁步前進。運矸巷后方充填物料通過運矸轉載機卸載后，無法進行密實充填，后部頂板下沉較明顯，相鄰的39-42#液壓支架工作阻力較大明顯高于工作面中部，工作面機尾部分的充填體未能有效控制頂板運動，其頂板部分載荷由支架承擔，支架后部懸掛的充填刮板輸送機機尾使用底座支撐，拉移底座困難。②充填開采中期，設計安裝的端頭液壓支架支護起運矸巷后部7.5*3.6m范圍的頂板，支架后部的搗實機構可以有效的對充填物料進行夯實。根據在線礦壓監(jiān)測數據顯示，端頭充填液壓支架的工作阻力由安裝初期的20MPa下降到16MPa；隨后，將39-42#液壓支架與工作面中部液壓支架進行了對比，結果顯示隨著工作面的推進，兩者工作阻力數值差越來越小；充填刮板輸送機機尾部采用吊掛方式固定后，刮板鏈運行平穩(wěn)，同時避免了拉移底座帶來的工作量。

結語

ZT13200/18/34型端頭液壓支架組的設計和使用，改變了傳統(tǒng)實現了的充填采煤工組面上巷端頭頂板管理問題，實現了充填開采上巷端頭支護的機械化，減輕了工人勞動強度，提高了端頭區(qū)的安全性；實現了對巷道的充填，從而提高了整個工作面的充填效果；同時可多處理矸石粉煤灰混合物料7000m3，減少矸石、粉煤灰對環(huán)境的污染及矸石處理所占用的土地，經濟和社會效益顯著。

（作者單位：冀中能源股份有限公司邢臺礦）

作者簡介

李新軍（1975- ），男，河北井陘人，工程師，主要從事煤礦機電技術與管理工作。