整體頂梁組合懸移液壓支架在“三軟”煤層中應用

王建偉，杜朝陽

（1.國投煤炭鄭州能源開發有限公司，鄭州 登封452470；2.河南理工大學能源學院，鄭州 焦作454003）

我國有許多礦區（以豫西為代表）和礦井開采“三軟”條件下的煤層。“三軟”煤層開采過程中常遇到煤層中的支架插底、底鼓、片幫、冒頂和支架推進難，工人勞動強度大等等問題。為此許多“三軟”礦井引進了整體頂梁組合懸移液壓支架。現以國投教學礦15031工作面ZH1600／16／24Z整體頂梁組合懸移液壓支架為例，對試用后所起到效果以及所遇到的問題進行分析研究。

1 懸移支架相關技術參數及結構特性

ZH1600／16／24Z整體頂梁組合懸移液壓支架，長度為2800～3600mm，架寬為960mm，支架高度為1600～2400 mm，支架行走步距為800mm，每架四柱。最大控頂距為3600mm，最小控頂距為2800mm，支架中心距1000±20 mm。工作阻力1600kN，初撐力1200kN，支護強度0.615 MPa。

懸移支架主要結構特性：

1）頂梁體前端加裝伸縮梁，伸縮梁長度800mm，并預留放煤口。伸縮梁可對工作空間及初露頂板進行有效的支護，伸縮靈活，支撐安全可靠，可有效防止片幫冒頂。

2）每根柱子各一組單向閥，如有漏液現象不會造成2根柱子同時卸壓。

3）中穿孔吊掛式柱鞋（鑄件），直徑360mm，每架4個。

4）保護閥組裝置是在操作閥組前加裝擋板，以防止放炮時崩壞操作閥組，支架前端預留吊掛防炮簾裝置的位置。

5）頂梁架與架之間留設安裝膠皮帶的位置，并可用螺絲固定，以防架間隙漏煤。

6）后部擋矸板采用 H型，規格：445mm×800mm、720mm×890mm，防止移架時矸石從側面涌入工作面；每架支架的擋矸板下方預留4個吊掛擋矸鏈的位置。

7）架間隙噴霧裝置，每架支架安裝降塵和灑水閥組管路接口及降塵鋼管，便于自行布置噴霧系統，在支架移動時，噴霧裝置主要對準架間隙漏煤，噴霧降塵。

8）集控裝置是利用懸移支架上的液壓系統進行設置、操作，該裝置把各部件的使用全部科技化，從控制支架前、后支柱的升降到整體懸梁支架的移動，從伸縮梁的使用到拖梁的整體移動，全部設置成把手開關。輕輕一扳，安全控制懸移支架，大大減小了職工的勞動強度。

9）移溜器的推廣應用。該礦原采煤工作在實施移溜工藝時一般采用單體液壓支柱實施操作，利用單體液壓支柱操作容易出現損壞溜槽、滑落傷人事故、移溜不穩定等不安全因素。現采用的移溜器是利用液壓動力，在每隔20 m設置一個，布置在老塘側，固定在溜槽的外沿側。使用該移溜器避免了損壞溜槽、傷人、移溜不穩定等問題的發生。

2 支架支護能力計算

2.1 頂板的冒落高度

式中：H為頂板一次冒落高度，m；A為平均采高2m；σ為巖石初始碎漲系數，取1.4；β為修正系數，取1。

2.2 頂板壓力計算

式中：P為頂板壓力；H為頂板一次冒落高度，m；L為工作面長度，取130m；ɑ為工作面最大控頂距；r為巖石密度，2.6t／m3；k為動壓系數，取1.2。

2.3 每部支架承受能力

P1＝ P／N ＝7300.8／130＝56.16t＝550.368kN式中：P1為每部支架承受的壓力；P為工作面全部頂板壓力；N為工作面支架數。

ZH1600／16／24Z型整體頂梁組合懸移液壓支架工作阻力1600kN＞P1，所以該支架滿足工作面的支護要求。

3 支架使用過程中出現的問題及解決辦法

1）支架在推進過程中由于底板不平出現左右晃動，這種情況會出現咬架現象。對于這個問題，可以采用提前在支架間隙中夾墊板的方法，使支架在推進過程中自行改變方向，調整間隙。

2）托梁與頂梁間距小，對提架和落架的操作有一定的影響，而且使提巷落巷幅度有限，對地質條件復雜的采場適應能力較低，導致采場采渣較多。對于這個問題可以在采煤過程中盡可能保持沿底回采，并且及時調整推進度，保證工作面垂直于上巷，托梁成一直線。

3）整體頂梁組合懸移液壓支架后支柱上廠家設計的擋板對采空區竄矸現象起到了很好效果，但是造成了放煤口放煤的困難。對此可以把原擋板設計成網口比較大的網狀結構，對于三軟煤層可起到很好的擋矸放煤效果。

4）三軟煤層中由于底板的不穩定，支架的支柱會出現不直的現象，解決這問題可以拉線定柱窩和移架步距。

4 支架使用效果

1）支架穩定性好：支架通過托梁系統聯為一個整體，支架穩定性顯著提高，頂板控制也得到很大改善。由于所有支架是聯為一個整體且支柱均通過銷軸與頂梁聯結，即使某架未支撐好或出現頂空，通過其它相鄰支架的相互作用，使其不歪扭、不傾倒，從而避免了采場歪架、倒架現象，安全效果好。

2）整體頂梁液壓懸移支架空頂面積小，空頂時間短，能實現及時支護，易于控制頂板。

3）支架的液壓系統實現密閉循環，使乳化油的消耗量大大減小了，一定程度上減少了工人的勞動量。

4）液壓系統集中控制操作簡單，實現統一供給閉路循環，減少了乳化液的消耗，降低了費用，減少了對作業環境及地下水的污染。

5）該支架試用后，采場試用的消耗材料大大減少，椽子、荊芭、坑木等軟材料的使用量也大大減少，這些都直接減少噸煤采出的費用。

技術經濟指標對比見表1。

表1 單體液壓支柱配π型鋼梁支護與懸移支架經濟指標對比

5 結語

隨著社會的發展與科學技術的進步，在我國中小煤礦的生產中先后出現了節式支架、滑移頂梁支架、懸移頂梁支架等。懸移頂梁組合液壓支架是通過對以上幾種簡易液壓支架的對比分析，結合各自不同的優缺點而研究設計的一種新型簡易液壓支架。該支架具有體積小，質量輕，移架工序簡單，移架速度快等優點，適合于“三軟”煤層的開采，有一定發展空間。

〔1〕李春玉，張海戈，王志勤，等.三軟煤層放頂煤的礦壓特點及液壓支架的設計和實踐.中國煤炭，1995（6）：28～32.

〔2〕耿獻文.礦山壓力測控技術〔M〕.徐州：中國礦業大學出版社，2002.

〔3〕姜福興主編.礦山壓力與巖層控制〔M〕.煤炭工業出版社，2004，6.