掘進工作面臨時液壓支架的結構設計①

張 文 王續明

(華北科技學院，北京東燕郊 101601)

掘進工作面臨時液壓支架的結構設計①

張 文②王續明

(華北科技學院，北京東燕郊 101601)

煤礦機械化掘進工作面的超前支護，一直制約著掘進工作面的安全和效率。本文在總結多種超前臨時支架特點的基礎上，提出了一種全新的、具有很強適應能力的掘進工作面蠕動式超前臨時液壓支架的技術方案。這種蠕動式支架由程序閥控制，可隨掘進機的掘進而不斷前移。這樣能夠實現掘進與支護平行作業，既提高效率，又保證安全。

臨時液壓支架;結構設計;高效率

1 掘進工作面支護的現狀和問題

1.1 現狀

煤巷掘進工作面有炮掘工作面和掘進機掘進的工作面之分，本文研究的工作面主要是掘進機掘進的工作面，工作面的破煤、落煤和運煤全部是機械化，但工作面的端頭支護工作，如臨時超前支護，架棚子或打錨桿永久支護仍需手工作業。存在的問題是手工作業進行超前支護的安全較差，而且效率低下［1］。所謂機械化掘進工作面，實際是指巷道掘進過程中最主要的工序:破煤、落煤和運煤由機械完成，最重要的工序——頂板支護仍然由手工完成，這樣的工作面本質上是機械和手工交替作業的半機械化工作面。據我們調研發現，一般機械化掘進工作面的掘進機有效開機率在25%左右，也就是說，在10個小時內掘進機割煤掘進時間不超過3小時，其余的7個多小時都用在架設臨時支護和永久性支護的工作上。由此可見，機械化掘進工作面的主要設備，大部分時間是閑著的，利用率很低。

為了解決機械化掘進工作面的安全和效率問題，多年來世界各主要采掘設備制造商，設計和試用了各種形式的掘進工作面支架，主要有:

1)獨立型掘進工作面臨時支架，是一種專門的用于機械化掘進工作面的液壓支架，目的是根本解決掘進機掘進與超前支護平行作業的問題［2］。如山西煤科院研制的HQZ900-3.1125型巷道超前支架就屬于此種類型。其主要結構是剛性棚梁和液壓棚腿組成的棚子組，組內的各架棚子是互為剛性依托，移動機構在下部，液壓能驅動，手動閥控制。主要問題是:組內各架棚子之間是剛性依托，適應巷道起伏和高低變化的能力不夠;這種超前支架的移動機構在下部，底板起伏不平和浮煤浮矸都會阻礙支架的移動。所以該支架試用不久后升井，沒能推廣開來。

2)一體型掘進工作面臨時支架，是一種工作面超前支架、錨桿作業機具與掘進機合為一體的掘進機，在掘進機的前部帶有伸縮臂，在需要支護時，伸縮臂可以把鉆機和支護材料或棚梁托到頂板上，大大的提高了架設永久支護的效率［3］。如奧地利的ABM30掘進機組，英國的KBⅡ掘錨機組就屬于這一類型。主要問題是:掘進與架設永久支護仍然是交替進行，不能完全實現平行作業，掘進機的開機率提高不大;掘進機結構復雜，故障較多，反而影響了掘進。

3)簡易型掘進工作面臨時支架，是一種實際應用較廣的超前支架，主要是以已有巷道頂板的錨桿端部螺紋或棚梁為支撐，向前伸出長梁作為空頂處的臨時支護，然后可在其保護下進行永久支護的作業。

1.2 問題

以上三種類型的支架各有特點，第一種獨立型掘進工作面臨時支架，設想很好，掘進與支護可平行作業，掘進效率極大的提高，但架型結構不適應礦井的實際工作條件，沒能成功。第二種一體型掘進工作面臨時支架，是一個折中的辦法，既然不能實現完全的平行作業，就想辦法提高手工支護作業的效率，縮短支護作業時間，雖然掘進與支護仍然是交替進行，但掘進機開機率已有明顯提高。第三種簡易型掘進工作面臨時支架，簡便易行，但效率低下，安全不易保證。

1.3 本文工作

本文的技術方案屬于獨立型，全稱為掘進工作面蠕動式臨時液壓支架，目的是研制一種具有柔性結構、蠕動式前移、完全覆蓋掘進機工作范圍，并有足夠支撐力、操作靈活、能實現掘進與支護平行作業的掘進工作面液壓支架。

2 蠕動式臨時液壓支架的結構設計

2.1 組成結構

掘進工作面蠕動式臨時液壓支架采用若干架以雙作用千斤頂為棚腿的鋼制棚子，用柔性索具從棚梁中穿過，索具的兩端分別固定在支架的兩個端頭棚梁上，以此作為中間架移動時的軌道。在支架兩個端頭的第二架棚梁下部都裝有導向套，在兩個端頭的第一架棚梁下都裝有導向梁，并插入相鄰架的導向套中，作為端頭棚子移動時的軌道，各棚梁間裝有推移千斤頂。整個支架由8～10架的棚子組成，總長可在7～10m之間，完全覆蓋一般掘進機的長度，支架由液壓能驅動，程序閥控制，可隨掘進機的掘進而不停蠕動前移。這樣就可以把掘進工作面的支護作業如打錨桿、或架棚子由掘進機前移到掘進機后，實現掘進空間與支護空間的分離，掘進與支護就能平行作業，既提高效率，又可保證安全。

2.2 工作原理

下面結合圖1，對蠕動式支架的具體結構和工作原理作一說明。該支架包括:千斤頂棚腿1、端頭棚子導向梁3、導向套4、架間推移千斤頂5、鋼制棚梁6、作為柔性軌道的索具7、掘進機2。其中棚腿1和棚梁6鉸接，鋼制棚梁6和架間推移千斤頂5也是鉸接，首末端兩架棚子與其相鄰的棚子之間通過端頭棚子導向梁3和導向套4連接，導向梁可以在導向套中滑動，棚組移動完一個步距正常工作時，軌道的索具有一定馳度，以便第一架的前移。

當掘進工作開始，需要支架前移時，由前向后逐架進行。首先，操作控制閥，第一架的棚腿1收起，則其棚梁6離開頂板，重量通過導向梁3由導向套4支撐。架間推移千斤頂5推動第一架棚子在導向梁3的支撐下，順著導向套4向前移動，到位后，索具7張緊拉直，第一架棚腿伸出，使該架棚梁6接觸頂板并進入正常支撐狀態。接著是第二架棚子的移動，該架的棚腿1收起，棚梁6離開頂板，其重量由導向梁3和索具7共同支撐，該梁的前后推移千斤頂5，一個縮回，同時一個伸出，則第二架棚子順著導向梁3和索具7開始移動，到位后，其棚腿1伸出，棚梁6接觸頂板，并進入支撐狀態。以后中間各架的移動與第二架相同，只是支撐和導向完全由張緊的索具7承擔。末端兩架棚子的移動方式與前端的兩架相同。全部棚子都移動完一次后，整個支架完成一個步距的移動，重復上述操作，就可進行第二步、第三步等等的移動。

圖1 蠕動式液壓支架示意圖

2.3 蠕動式臨時液壓支架的主要特點

由以上技術方案的介紹，可以從其結構和工作原理總結出掘進工作面蠕動式臨時液壓支架有三大特點。

1)對頂底板的適應能力強。首先，整個支架實際上是一組主要用柔性索具聯系起來的棚子，棚子之間通過鉸接的千斤頂進行推移，也就是說支架在上下兩個方向可以有很大的活動余地，能夠適應頂板一定高度的起伏;其次，整個支架的推移機構、操作閥、液壓膠管都在棚梁上，支架下部與底板接觸的只有可提起伸縮的棚腿，它的移動方式類似于邁步，所以，巷道底板的浮煤浮矸對支架的移動都沒有什么影響;再次，整個支架在左右兩個方向也有一定活動余地，只要控制了支架端頭棚子導向梁的左右擺動角度，支架也可以向左或向右有一定的移動，以達到調整支架前進方向的目的。

2)獨立工作不受干擾。整個支架是一套獨立的結構和獨立的驅動操作系統，不受掘進機的任何干擾，掘進機不停的掘進，支架連續的跟著移動，架設永久支護的作業在掘進機后可以同時的進行，互不影響。

3)支護強度和頂板覆蓋率加大。蠕動式支架的棚腿采用類似單體支柱的千斤頂，每根棚腿的工作阻力都在20t左右，而且還可以根據需要繼續增大，所以，整個支架支護強度是完全可以滿足需要的，頂板的覆蓋率也可適當通過改變棚間距進行調整。

3 結論

整個支架采用柔性結構、移動機構上置和蠕動移動方式的特點，比較適應煤礦機械化掘進的巷道應用。采用這種獨立支架，使掘進機結構簡化、支護設備簡化、架設永久支護作業的工作也有一定的簡化，故而故障少;可大大提高支護強度和速度，防止工人空頂作業，同時還能提高巷道空間的利用率，實現與掘進機等其他設備的并行作業，具有良好的經濟效益。

［1］ 李志強.掘進工作面臨時支護設備的現狀與發展［J］.煤炭科學技術，1997，25(09):41-44

［2］ 王加升，蘇紅偉.錨網巷道前探支護方法［J］.西部探礦工程，2004，8(11):35

［3］ 王永國，劉鵬飛.南山礦煤巷錨網支護的發展［J］.煤炭技術，2003，22(08):57-58

［4］ 成家鈺.煤礦作業規程編制指南［M］.北京:煤炭工業出版社，2005

A structure design for temporary hydraulic support of tunnelling working surface

ZHANG Wen，WANG Xuming

(North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East101601)

It has been restricted the safety and efficiency of tunnelling working surface that the preceding support of tunnelling working surface in mechanized mine.Based on the summary of kinds of preceding support，this paper put forward a kind of technique plan of leading temporary creeping hydraulic support，it is whole new and has strong adaptability.This creeping hydraulic support is controlled by sequence valve.It can keep moving ahead along with mining roadheader driving.So this can realize parallel working between driving and support，both enhancing efficiency greatly and making sure safety.

temporary hydraulic support;structure design;high efficiency

TD355+.4

A

1672-7169(2012)01-0018-03

2011-11-30

張文(1958-)男，山西大同人，碩士，華北科技學院機電工程學院高級工程師，研究方向:煤礦機械的效率和制造方法。