桃園煤礦綜采工作面端頭及超前支架的應用研究

張輝顧峰

（淮北礦業集團公司桃園煤礦 安徽 宿州 234116）

1 中組煤綜采工作面地質概況及端頭支架的應用意義

桃園煤礦中組煤層（7煤、8煤）地質條件較差，斷層、褶曲較為發育，煤層傾角較大，平均都在25°以上，局部達到38°，頂、底板均為泥巖，頂板破碎且頂板砂巖裂隙水和底板灰巖水一旦進入工作面，造成底板泥巖見水膨脹，煤層硬度（f）一般為3。

中組煤三軟煤層的特點給工作面管理帶來很大的困難，兩巷超前壓力顯現明顯。因此，為提高中組煤巷道支護質量，桃園煤礦通過近幾年摸索和實踐，在中組煤工作面兩巷采用U型棚支護技術，并在局部巷道壓力大地段，采用錨索梁補強支護，減小工作面回采動壓對超前巷道的支護破壞，但在工作面回采的過程中，兩巷超前40m礦壓顯現還是非常明顯，給超前抹帽替棚和超前支護帶來困難，造成超前巷道斷面小，往往采區要投入大量的人力、物力來滿足安全生產的需要。

為提高采煤工作面工作效率、減少工人的勞動強度，減小超前壓力帶來的安全威脅，實現工作面安全回采，桃園煤礦與沈陽天安礦山機械科技有限公司共同研究開發端頭及超前支架，來支護工作面下端頭及超前巷道頂板。工程技術人員結合中組煤層的復雜地質條件，根據巷道施工斷面及支護方式等技術參數，選擇ZTZ21000/17/32型端頭支架及ZTZ2×3600/16/32超前支架對工作面機巷進行超前管理，并在安裝及使用過程中，對支架原結構進行了局部修改、完善，使之更加適應我礦中組煤特殊的地質環境。

工作面機巷條件與支架的適應條件進行對比分析

2 支撐掩護式端頭、超前支架的結構及工作原理

支撐掩護式端頭及超前支架總長36m，主要功能是維護好巷道和回采工作面端頭處的頂板，協調該處排頭支架、工作面運輸機、順槽轉載機的設備之間的位置和配套關系，除端頭支架能自移外，要為轉載機和運輸機機頭的移動提供動力。端頭及超前支架的本身具有防倒、調架或適應工作面傾角變化的能力，能做到前梁伸入巷道，起一定的超前支護作用。

2.1 支撐掩護式端頭支架結構

端頭支架主要有前梁、左右順梁、左右頂梁組體、左右掩護梁、前聯桿、后聯桿、左右前底座、左右后底座及推移座等部件所組成。該支架的頂梁是由前梁和主梁鉸接而成的，前梁較長，由前排立柱支撐，承受巷道頂板壓力，減小頂板的下沉量，有效地維護巷道的頂板。

2.2 端頭支架工作原理

端頭支架用于支護工作面下出口處頂板，以及隔離采空區，防止矸石進入工作區間，并能自動前移。該支架每組由兩架結構相同的支撐掩護式支架組成，兩架支架并列布置。端頭支架在工作過程中具備“升、降、推、移”四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質不同的液壓缸體來實現完成的。

端頭支架設計時，一方面根據原始條件，另一方面要滿足使用上的要求，具體要求如下：

1）能有效地支控端頭頂板，做到安全可靠；

2）有足夠的工作空間，便于行人和通風，并且能滿足采煤機自開缺口的要求；

3）有可靠的推移機構，有足夠的推移力；

4）能便于順槽棚子的回收工作；

5）操作臺必須設置在安全地點，并且便于操作。

超前支架的結構及工作原理與端頭支架相同，這里不再說明。

3 端頭及超前支架的技術改進

3.1 拉架方式的改進

桃園煤礦中組煤為三軟煤層，地壓顯現劇烈，巷道在設計時斷面相對較小；在回采北二采區的及南三7煤工作面時，兩巷的超前管理嚴重制約著工作面的安全高效回采，機風巷超前40米范圍的支護棚變形嚴重，抹帽替棚十分的困難，通風斷面小，行人、通風不暢。

為確保綜采工作面端頭及超前支架能夠在中組煤巷道內正常使用，端頭及超前支架到礦后，針對7135工作面機巷支護及設備的實際情況，結合端頭支架的結構及性能，對機巷內的運輸設備進行了調整，并對端頭支架推移裝置進行改進，確保巷道壓力增大時造成斷面小時，能夠安全順利拉移支架。

端頭支架為兩架一組，兩架對稱布置，與工作面及過渡支架配套使用，后部采用四連桿機構，高度變化小，轉載機布置在兩組支架中間，兩組支架底座前各設置兩個內徑為Ф230mm的浮動活塞千斤頂，與轉載機的推移座連接，用來推移轉載機、拉移端頭支架（端頭支架拉移時，借助轉載破碎機自身的重量）。端頭支架結構對機巷順槽設備要求：工作面運輸機→機巷轉載機→機巷皮帶機，由于安裝轉載機、破碎機后，由于體積較大，對巷道尺寸要求較大，但中組煤巷道斷面在設計和實際回采時都很難得到保證，為了支架有足夠的拉降空間，對運輸設備進行適當調整，增加一部代替轉載破碎機40T鏈板機，將轉載破碎機安裝在機巷外段，煤炭運輸路線為：工作面運輸機→40T鏈板機→皮帶機→轉載破碎機→皮帶機→采區大眼。使用40T鏈板機后，鏈板機的自身重量不能夠滿足端頭支架的移動，這就需要改造端頭支架的支撐和推移點來實現有效拉架。

推移底座改造示意圖（俯視）

底座改造焊接處放大示意圖（側視）

推移裝置的改進。采用40T鏈板機運輸，轉載機與支架的連接塊要去掉，端頭支架通過特殊加工的連接塊與超前支架連接。1）先加工鑄造好兩塊整體的連接塊，連接塊與支架底座的接觸面要留有一定的斜面；2）要將支架底座原有的與轉載破碎機連接處進行切割，要確保切割面與連接塊相吻合；3）將鑄造好的連接塊與支架底座切割面進行對接，在確保接觸面能夠完全吻合時，再使用焊接工藝將連接塊與支架底座焊接成一整體；4）連接塊與支架底座焊接后，為防止在使用過程中焊接點處脫焊，使用15mm厚鋼板再焊接點處補焊，以加固焊接點的穩定性。

3.2 第二次對支架結構的整體改進

2012年8 月份，經過四個月的試用，此套設備的缺陷逐漸顯現出來：1）由于支架長度有六組，錯步拉移速度慢；2）端頭支架上側板低，造成鏈板機與運輸機的搭接不合理，運輸機機頭吐煤不暢，運輸機一旦退縮到切眼內，與鏈板機的距離加大，造成運輸機拉回頭煤；3）由于工作面超前壓力大，端頭及超前支架多處鋼板變形；4）U型棚上下幫的側壓不一樣，且超前回棚時，又人為加劇兩幫壓力不均，造成超前及端頭支架歪斜。

由于以上原因，7煤工作面日產3～4刀，端頭支架操作制約了工作面的進度，為此，經礦研究，再進行一次改造：拆除機巷上幫一組端頭及超前架，下幫一組移至巷中；經過4個小班的緊張施工，拆除工作順利完成。9月份后，工作面的生產日漸提高，日產以達到6刀以上水平。

4 結束語

隨著綜采技術的發展,綜采工作面端頭頂板事故雖逐年減少，但綜采工作面事故率及工人的勞動強度仍居高不下，改善綜采工作面端頭及超前的支護狀況，實現綜采工作面高產高效和提高安全程度顯得尤為重要，所以端頭及超前管理既是頂板維護的重點，又是頂板管理的難點。

此套支架已成功的在我礦7135工作面使用，強大的支撐力及支護強度，不僅克服了中組煤大地壓的問題，也平衡了巷道的側壓力，確保了工作面下出口巷道的通暢，實現了綜采工作面機頭在困難條件下的安全、快速推進,為企業創造了可觀的經濟效益，也為我礦10煤及中組煤機、風巷端頭支護，提供了有力實踐證明，也為兄弟礦井類似綜采工作面提供了有價值的參考。