液壓支架在掘進工作面的研制

劉志軍

(西山煤電股份公司西銘礦)

掘進工作面按規定每掘進1.5 m須停機并對掘成巷道的頂板及圍巖進行加固,待加固完畢,再進行掘進作業,每一個這樣的作業過程稱為一個作業循環。由于掘進機切割滾筒掘進速度較快,須及時將掘進一個循環后掘出的巷道頂板進行錨索加固,此時存在一定的空頂作業時間,在維護巷道時,掘進機需停止作業而且職工生命安全受到頂板冒頂的危險,不利于安全生產,由于要維護頂板使掘進機不能連續掘進,直接影響掘進速度。目前,常采用的方法是利用單體液壓支柱加工字鋼梁進行人工臨時支護,此法效率低,工人勞動強度大,存在安全隱患。

為提高掘進作業的安全系數,同時提高掘進作業效率,在掘進工作面研制使用液壓支架很有必要,掘進工作面液壓支架主要針對傳統巷道掘進技術支護設備和支護方法存在的局限性而急需研制開發的一種新型支護設備。既能適應不同頂板,又能與掘進機配套使用,可有效、及時地將空頂區進行支護作業,在掘進機掘進的同時,可對頂板進行加固作業,可安全有效提高掘進速度,是機掘工作面未來必不可少的設備。

1 掘進工作面研制使用液壓支架的設計構思

掘進工作面液壓支架采用四柱支撐掩護式結構,頂梁下方設計為可滑動梁體,通過液壓缸推動向空頂作業區移動,從而增加支護面積,減少空頂作業距離,使掘進機上方的頂板支護充分,可靠地控制和維護頂板,保證工作人員有一個安全的工作空間。

1)滑動梁體能夠向工作面延伸3 m的距離,再通過前頂梁架的運動能充分遮護掘進機上方近5 m的距離,從而安全有效的創造安全空間。為使前頂梁能有足夠的遮護作用,可利用單體液壓支柱臨時將前頂梁的兩前端角支撐好。由于該機采用四柱支撐掩護式結構,在支架立柱間可布置掘進機后配套運輸皮帶機構,并不影響掘進機的正常工作。

2)在支架的底端還可設計液控驅動履帶行走機構,這樣掘進機在向前移動時,支架可通過液控履帶行走機構及時將支架向前運動,以適應掘進工作速度。為便于工作人員對頂板進行錨索加固工作,支架的頂梁和前頂梁架可按錨索規定的加固位置設置d200的空洞,職工可通過空洞對頂板進行錨索打眼、加固工作。

2 設計特點

掘進工作面液壓支架專用于掘進工作面巷道掘進迎頭支護,為工作面錨索安全支護創造安全作業空間,在設計上應具有以下特點:

1)合理的支護強度,掘進工作面液壓支架作為掘進迎頭工作面臨時支護設備,初撐支護強度選擇要適當,既要保證支護的安全性,又要保證頂板的完整性。通過對掘進工作面巷道圍巖壓力統計分析計算,支架支護強度應在0.85 MPa。

2)合理的配套性,該機布置在巷道迎頭掘進機機身后方后配套區段,因此,支架結構要嚴格按巷道段面與掘進機配套使用,通過液控系統驅動履帶式行走輪緊隨掘進機一起向前移動,實現機械化支護。

3)支架采用四柱支撐掩護式結構,支架頂設計有滑動頂體可液壓油缸推動向空頂作業區移動,增加支護面積,減少空頂距離,可靠地控制和維護頂板,保證工作人員有一個安全的工作空間。

4)支架主要由前頂架、伸縮梁、聯動梁、掩護梁履帶行走機構、液壓泵站系統組成,由液控系統完成巷道掘進安全支護自動化,操作方便,省時省力。

5)支架頂梁由鋼板焊接制作而成,在其上按巷道頂板錨固要求分布直徑為d200的孔洞,職工可通過孔洞對頂板進行錨索打眼加固作業。

6)支架的占用巷道空間要盡可能的減小,有利于工作面通風及人員通行。

7)伸縮梁和前頂梁能充分的遮掩掘進機上方的頂板,并且前探距離要達到5 m。

8)具有較強的支護能力。初撐力調整范圍大,支架頂梁與掩護梁采用十字頭連接,對頂板的適應性強。

9)電氣系統采用PLC控制技術,系統簡單可靠,保護齊全。

10)可配套使用S200A懸臂式掘進機等各類掘進機機型。

3 技術參數(參照5200型液壓支架技術參數)

支架高度:2400～4500 mm,支架寬度:2300 mm,支架中心距:1650 mm,初撐力:5665 kN,工作阻力:2400 kN,支護強度:0.85 MPa,立柱缸徑:140 mm,泵站功率:75 kW,泵站電壓:1140 V,行走方式:履帶式,行走速度:4 m/min。

操作方式:手動控制或無線遙控。

4 效果分析

1)安全程度提高,徹底消除空頂作業區,避免工人在空頂區作業,安全程度大大提高。

2)機械化作業可實現自動化支護,通過液壓泵站驅動履帶行走,實現支架靠自身動力前移,操作方便,穩定可靠。

3)通過液控系統,使各個掩護梁和頂梁能有效的支護頂板。

4)提高勞動效率,使用掘進液壓支架,由于能及時將空頂區支護遮掩,掘進機可不間斷的連續掘進,職工可在支架內同時打錨索,加固頂板,提高了工作效率。

5 經濟效益分析

目前,各礦掘進隊組每班平均可作5個掘進循環,即可掘進巷道7.5 m左右,巷道頂板加固須每隔0.75 m打頂錨桿1排(每排5個),每個錨桿加固須用時5 min,這樣7.5 m巷道頂板用55個錨桿加固用時間大約為250 min左右。如該機型研制成功并投入使用,錨桿加固與掘進同時進行,能實現掘進機不間斷的進行掘進工作,每班能提高掘進速度近一倍,即可掘進15 m左右,提高了經濟效益。

6 結 語

掘進工作面液壓支架的研發是巷道掘進支護技術的創新,支架與掘進機配套使用可改變掘進機掘出一定的巷道后須停機對空頂區加固的工序,達到連續掘進的目的,取代了傳統人工前探支護方式,該機系統控制靈活方便,功能齊全,迎頭支護范圍大,安全性好,自動化程度高,有利于快速掘進,是一種新型的巷道掘進自動化支護裝備。