放頂煤工作面端頭液壓支架的研究與應(yīng)用

陳振成

（冀中能源股份有限公司東龐礦，河北 邢臺(tái) 054200）

0 引言

東龐礦北井主采9號(hào)煤，采用綜采放頂煤采煤工藝，長(zhǎng)期以來(lái)致力于綜放工作面機(jī)電配套設(shè)備技術(shù)革新研究。近年來(lái)，為了改變端頭支護(hù)現(xiàn)狀、提高端頭頂煤回收，在9210工作面首次采用自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易端頭放煤支架，從此開始端頭支架的研究，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，端頭支架能夠確保端頭頂板安全、實(shí)現(xiàn)高效回收端頭頂煤，應(yīng)用效果顯著。后期通過(guò)與邢臺(tái)機(jī)修廠合作，研制應(yīng)用了ZT4400/18/34型端頭放頂煤支架，并成功應(yīng)用到放頂煤工作面。

1 ZT4400/18/34型放頂煤端頭液壓支架研制

1.1 端頭液壓支架結(jié)構(gòu)組成

端頭支架形式由2架支架并列組成，其主要由頂梁、前梁、伸縮梁、上連桿、前后連桿、底座、頂梁連接桿、移架千斤頂、尾梁、放煤機(jī)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)等部分組成。

1.2 支架各結(jié)構(gòu)的確定

1.2.1 前梁的確定

端頭支架前梁采用整體帶伸縮梁結(jié)構(gòu)，伸縮梁起到臨時(shí)支護(hù)的作用，同時(shí)前梁將端頭支架頂梁連為一體，提高了支架的穩(wěn)定性。

1.2.2 頂梁的確定

端頭支架由2架支架并列組成，2個(gè)頂梁對(duì)稱設(shè)計(jì)，前部設(shè)置了前梁及千斤頂?shù)倪B接位置，后部設(shè)置了尾梁及千斤頂?shù)奈恢谩ｍ斄褐g通過(guò)連桿連為一體，提高了支架的穩(wěn)定性，每個(gè)頂梁通過(guò)上連桿、前、后連桿、立柱與底座連接，同時(shí)支架頂梁設(shè)置了活動(dòng)側(cè)護(hù)板，以加大支架的護(hù)頂范圍。

1.2.3 上連桿、前、后連桿的確定

采用上連桿上部與頂梁鉸接，下部與前、后連桿鉸接，同時(shí)上連桿、前連桿、后連桿和底座兩兩相互鉸接形成穩(wěn)定四連桿結(jié)構(gòu)，端頭支架的每列支架都設(shè)置了相同的四連桿機(jī)構(gòu)，以提高支架的穩(wěn)定性。上連桿、前、后連桿均采用高強(qiáng)度版箱體焊接結(jié)構(gòu)，并且設(shè)計(jì)時(shí)盡量加大連桿斷面，以提高連桿的抗扭性。

1.2.4 底座的確定

端頭支架2個(gè)底座對(duì)稱設(shè)計(jì)，其前端設(shè)置支架自移拉移孔，底座與前、后連桿的鉸接型式均為單軸孔鉸接。

1.2.5 頂梁連接桿的確定

為了提高支架的穩(wěn)定性，頂梁通過(guò)連接桿相連，連桿焊有頂板，可以維護(hù)頂板，防止頂煤垮落。頂梁連接桿采用高強(qiáng)度箱體焊接結(jié)構(gòu)，以保證強(qiáng)度。

1.2.6 放煤機(jī)構(gòu)的確定

放煤機(jī)構(gòu)采用整體尾梁帶插板結(jié)構(gòu)，同時(shí)放煤機(jī)構(gòu)前端與兩頂梁相連接，將頂梁連為一體，提高了支架的整體穩(wěn)定性。

1.2.7 支架液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)有3點(diǎn)。1）φ25mm主進(jìn)液管，φ32mm主回液管，其余膠管及接頭均為KJ系列，鄰架操作。2）立柱、尾梁采用200 L/min大流量閥，其余為125 L/min。3）立柱及千斤頂密封選用優(yōu)質(zhì)聚氨酯切削密封4、立柱分開操作，以提高支架的適應(yīng)性。

2 端頭液壓支架技術(shù)特征與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

表1 端頭支架技術(shù)特征參數(shù)表

3 端頭液壓支架的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

端頭液壓支架的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有7點(diǎn)。1）支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，每個(gè)結(jié)構(gòu)件均滿足井下運(yùn)輸條件。2）端頭支架由兩列支架并排組成，每架臺(tái)支架都有獨(dú)立的四連桿機(jī)構(gòu)，以提高支架的穩(wěn)定性和抗扭性；頂梁通過(guò)前梁、連接桿及尾梁連為一體，進(jìn)一步提高了支架的穩(wěn)定性。3）支架采用鉸接頂梁帶伸縮梁型式，提高了支架對(duì)頂板的適應(yīng)性，同時(shí)為前刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭提供了安全空間。4）放煤機(jī)構(gòu)采用大尾梁帶插板結(jié)構(gòu)，不僅實(shí)現(xiàn)了端頭區(qū)域頂煤的回收，而且能將轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾完全掩護(hù)住，保證了設(shè)備的安全。5）兩頂梁外側(cè)均設(shè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，保證了與過(guò)渡支架的密封性，同時(shí)加大了支架的護(hù)頂范圍。6）兩底座間距離為 1 330 mm，保證轉(zhuǎn)載機(jī)順利通過(guò)。7）端頭支架前端設(shè)有拉移孔，通過(guò)大鏈、連接頭與轉(zhuǎn)載機(jī)拉移千斤頂連接，實(shí)現(xiàn)端頭支架的自移，從而與工作面推進(jìn)速度相適應(yīng)，提高生產(chǎn)效率。

如圖1 所示，端頭支架與過(guò)渡支架并排布置，為了適應(yīng)開采工藝，設(shè)備移動(dòng)順序?yàn)椋和魄傲铩^(guò)渡支架——拉端頭支架——拉后溜——拉轉(zhuǎn)載機(jī)。

圖1 ZT4400/18/34型綜放工作面端頭液壓支架與配套設(shè)備示意圖

4 ZT4400/18/34型綜放工作面端頭液壓支架現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

4.1 工作面概況

端頭液壓支架成功應(yīng)用到9202C、9205外工作面。工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沉積穩(wěn)定，由92及93煤層合成，平均6.9 m。煤層平均傾角為15.5°。工作面皮帶巷沿底板掘進(jìn)，斷面規(guī)格為4.5m×2.7m（寬×高）。

4.2 配套設(shè)備

端頭液壓支架技術(shù)的具體特征見表2。

表2 ZT4400/18/34端頭支架技術(shù)特征參數(shù)表

4.3 工作面采煤工藝

工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜采放頂煤、全部垮落法控制頂板采煤法。設(shè)計(jì)平均采高為2.4 m，采放比為1∶1.57。工藝順序：采煤機(jī)端頭斜切進(jìn)刀→割煤→移架→推前溜→放頂煤→拉后溜[1]。

4.4 支架應(yīng)用情況分析

在9202C、9205外工作面皮帶巷下端頭布置一臺(tái)ZT4400/18/34型端頭支架，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與簡(jiǎn)易放煤支架、單體交接梁支護(hù)端頭具有以下優(yōu)點(diǎn)。

4.4.1 實(shí)現(xiàn)了對(duì)端頭區(qū)域的高強(qiáng)度安全支護(hù)

ZT4400/18/32d端頭支架由2架支架并列為一組的支架結(jié)構(gòu)，且頂梁通過(guò)整體頂梁、連接桿及整體尾梁連接為一體，不僅提高了支架的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頂板的支護(hù)，提高端頭區(qū)域的安全性，減少單體支護(hù)材料投入，每班操作人員由4人減少2人。

4.4.2 實(shí)現(xiàn)了端頭區(qū)域的安全高效頂煤回收

采用大尾梁帶插板結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)，增大了放煤空間，充分利用裝載機(jī)將落下的煤運(yùn)出；在不放煤時(shí)，可將插板伸出，能很好地將轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾掩護(hù)住，避免后部垮落的煤、矸對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)尾沖擊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工作面多回收煤炭資源1萬(wàn)多噸，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.4.3 端頭支架實(shí)現(xiàn)放煤，減少了資源損失，利于工作面防滅火管理

端頭支架增設(shè)放煤機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)端頭頂板隨采隨垮落，不需要采取人工強(qiáng)制放頂、人工壘墻擋風(fēng)堵漏風(fēng)等措施，節(jié)約材料投入，減少工作面防滅火人員及漏風(fēng)量，降低“一通三防”管理難度，提高安全生產(chǎn)的可靠性[2]。

4.4.4 縮短了循環(huán)作業(yè)時(shí)間，加快了工作面推進(jìn)度。

采用端頭機(jī)械化，職工的勞動(dòng)強(qiáng)度降低，操作速度加快，大大縮短了工作面循環(huán)作業(yè)時(shí)間，提高了開機(jī)率，加快了工作面推進(jìn)速度，提高了工作面生產(chǎn)效率，為實(shí)現(xiàn)安全高效采煤工作面奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

ZT4400/18/34型端頭支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活、安全可靠。布置在前、后刮板運(yùn)輸機(jī)之間，大大縮短了與工作面過(guò)渡支架的滯后距離，減少了端頭空頂區(qū)域空間，提高了端頭頂煤回收率，增強(qiáng)端頭的頂板支護(hù)強(qiáng)度，減少端頭頂板事故發(fā)生，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為今后綜放工作面端頭支架全面推廣和使用提供寶貴的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。