抬棚支架在沿空留巷支護(hù)中的應(yīng)用

毋學(xué)軍　馬新毅

摘 要：目前國內(nèi)煤礦開拓采煤工作面時，需要留有一定的煤柱，以承受采空區(qū)頂板的壓力，這樣的煤柱寬度在30m左右，使之無法開采，如水平開拓工作面時，需要間隔煤柱再開拓一個上下巷道，需要投入大量資金并造成煤炭資源大量浪費(fèi)，隨著切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在國內(nèi)許多煤礦的應(yīng)用，需在采空區(qū)預(yù)留一個上或下巷道，無須煤柱，既能將煤柱開采，又能省去再建一個巷道，為有效提高開采率和減少投入奠定良好基礎(chǔ)。

在焦作礦區(qū)，其為趙固一礦、古漢山礦的兩個工作面做了“沿空留巷”設(shè)計(jì)。其中對“沿空留巷”的支護(hù)設(shè)計(jì)了的抬棚支架，并在上述兩個礦井支護(hù)得到了應(yīng)用。起到了良好效果。

關(guān)鍵詞：支架；安裝沿空留巷；液壓；效率

中圖分類號：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

隨著國內(nèi)煤礦資源的枯竭，尤其是焦煤許多年代久遠(yuǎn)的煤礦地下煤炭的儲存逐漸下降，怎樣更大開采率的提高，減少資源的浪費(fèi)，為此，我們與中國礦大合作采用“切頂卸壓沿空留巷”新技術(shù)，對開采的采煤工作面回采時，采用“切頂卸壓沿空留巷”技術(shù)，對采空區(qū)的運(yùn)輸巷道進(jìn)行預(yù)留，為保證預(yù)留巷道的頂板的穩(wěn)定性，除了切頂卸壓技術(shù)外，對采空區(qū)的預(yù)留巷道的支護(hù)設(shè)備及在巷道中的排布進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃；首先是設(shè)計(jì)ZJ4300/20/38的抬棚支架，此支架既能滿足采空區(qū)200m的頂板來壓的沖擊，又能滿足支架移架和結(jié)構(gòu)合理、輕巧的特點(diǎn)。

為此，通過我們大量的探討和對井下現(xiàn)場實(shí)際情況的調(diào)查，設(shè)計(jì)出具有滿足支護(hù)條件和移架方便的抬棚支架，大大提高組裝移架效率和安全性，為煤礦生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

1. ZJ4300/20/38的抬棚支架的結(jié)構(gòu)

ZJ4300/20/38的抬棚支架由底座、頂梁、立柱、液壓控制系統(tǒng)組成；立柱與底座和頂梁連接采用球形加定位及銷軸連接，首先，立柱與底座連接，在保證立柱在升降過程中，支架重心始終在底座上，保證了支架的穩(wěn)定性并增加立柱定位裝置，為保證支架在巷道的支護(hù)效果，頂梁的擺動角度（左右、前后）在0～10°；為了滿足焦煤正在使用8600支架，立柱完全按照φ280立柱的外形尺寸連接，已達(dá)到互換作用；由于底座和頂梁的比壓較高，從底座和頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加其強(qiáng)度，增加了底座和頂梁立筋數(shù)量及板厚，所有材料采用Q460高強(qiáng)度板材，液壓控制操縱閥（3+1）采用200L/mm流量，每一片閥控制一根立柱，可有效調(diào)節(jié)兩根立柱升降不同步的問題；增加了進(jìn)液球形截止閥，保證了各支架的獨(dú)立性又能將各支架主進(jìn)液并聯(lián)，互不干涉。為了支架在升降和移架時，保證支架的穩(wěn)定性，專門設(shè)計(jì)了支架升降和移架的防倒裝置，此裝置臨時可拆卸，結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定性好、拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)，如圖1所示。

（1）支架頂梁結(jié)構(gòu)

支架頂梁采用框架式焊接形式，為了減少頂梁的重量，所有材料采用Q460；其目的是增加頂梁的強(qiáng)度，降低板材的厚度（重量），為了有效增加支護(hù)面積頂梁長度為2600mm；寬度500mm，頂梁內(nèi)鑲嵌有球形柱窩與立柱的球形接頭連接，使得頂梁可在前后、左右可以擺動，有效避免頂梁與立柱相互干渉的問題，使之更加靈活、有效滿足支護(hù)需要，連接銷軸采用30CrTi并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，使得銷軸的綜合機(jī)械性能大幅度提高。

（2）支架底座結(jié)構(gòu)

支架頂梁采用框架式焊接形式，所有材料采用Q460；底座柱窩同樣采用球形與立柱底座連接，使之形成萬向節(jié)形式，立柱固定方式采用兩側(cè)壓塊形式，可沿著順長方向上下擺動，可有效保護(hù)立柱油缸不受損壞，為了保證立柱在井下使用中的穩(wěn)定性，底座高度增加到500mm左右，并通過螺栓連接兩塊活動壓板與底座連為一體，卡在立柱油缸的外徑，以防止立柱在擺動過程中的不穩(wěn)定，底座底板前后采用船式，目的在于支架移動時減小推進(jìn)的阻力，為加強(qiáng)底座的強(qiáng)度，框架式底座順長均采用35mm厚度的通立筋并加有橫向隔斷，底座柱窩采用鑄造30CrMnTi材料，耐沖擊、耐壓等優(yōu)點(diǎn)。

（3）支架液壓系統(tǒng)的組成

抬棚支架按照采空留巷順長布置，液壓的動力源采用流量200L/min；壓力為31.5MPa的乳化液泵站提供；抬棚支架每架上有兩根φ280的雙伸縮立柱，主要液壓附件有：操縱閥（3+1）、液控單向閥、平面截止閥38/13（φ38回液口、φ13進(jìn)液口）、高壓膠管等輔助接頭、三通。操縱閥配有防誤操作機(jī)構(gòu)；每個操縱閥單獨(dú)操作單根立柱，具體布置：首先是通過乳化液泵站引出的φ13高壓膠管通過每臺支架的平面截止閥38/13串聯(lián)在一起，再通過φ13高壓膠管連在每架操縱閥的進(jìn)液孔后，通過操縱閥分別連接在每架支架的兩根立柱進(jìn)（回）口，并通過操縱閥分別操作立柱的升降，達(dá)到支架的工作要求。

2. ZJ4300/20/38的抬棚支架的工作原理

（1）支架的升架

開啟乳化液泵站，將泵壓力調(diào)至為31.5MPa，打開本架的平面截止閥上開關(guān)，同時操作兩個操作閥（通往立柱下腔）的位置，帶壓的乳化液通過安裝在立柱上的液控單向閥進(jìn)入立柱的下腔，立柱升起，立柱上上腔的液體通過操縱閥的回液口進(jìn)入平面截止閥φ38管口，流回乳化液泵站，當(dāng)壓力達(dá)到技術(shù)要求時（每個立柱均有隔爆防震壓力表），操縱閥手柄回到中位，停止供液，此支架支護(hù)程序結(jié)束，在進(jìn)行下一個支架的操作，依次類推將所需的支架完全達(dá)到支護(hù)要求為止。每根立柱安裝有安全閥，當(dāng)頂板壓力達(dá)到支架規(guī)定的工作阻力時，安全閥自動打開卸載，以保護(hù)立柱和支架結(jié)構(gòu)件不受損壞。

（2）支架的降架

同樣開啟乳化液泵站，將操縱閥打至回液位置，帶壓的乳化液通過操縱閥進(jìn)入兩個立柱的上腔并通過液控單向閥打開立柱下腔，使得下腔的液體通過液控單向閥和操縱閥回到系統(tǒng)的主回液管，支架逐步下降，達(dá)到要求位置。

注意：在支架升架或降架時，如果兩根立柱上升或下降速度不一時，應(yīng)操作操縱閥的手柄，減小速度快的立柱操縱閥，使之盡量達(dá)到同步上升或下降，避免不同步損壞其他零部件。

3. ZJ4300/20/38的抬棚支架的在巷道的布置

依據(jù)切頂卸壓留空巷道的技術(shù)要求，抬棚支架安裝布置在靠近采空區(qū)塌落一側(cè)，因?yàn)椴煽諈^(qū)矸石塌落后，沒有支撐點(diǎn)，造成此處的壓力較大，需要在采空區(qū)留巷支護(hù)大約200m左右，需要較多的支架頭尾相接，形成一個長200m的支護(hù)區(qū)域，當(dāng)切頂卸壓后，隨著工作面向前推移，將最后一架支架拆下，移至整個支架系統(tǒng)的前端，以此類推工作面推進(jìn)，支架不斷遷移，直至此工作面采完為止，最終形成一個完整預(yù)留巷道，為下一個工作面的開拓打下良好基礎(chǔ)，如圖2所示。

結(jié)語

通過設(shè)計(jì)的抬棚支架在焦煤集團(tuán)井下使用，有效解決了切頂留空巷在焦煤應(yīng)用時對支護(hù)要求的難題，具有安裝方便，操作簡單，支架的安裝具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，對較復(fù)雜工況條件下，滿足大傾角，大阻力的作用，支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到3.4MPa，使得支架壽命和強(qiáng)度得到保障，由此可見，此支架屬于非標(biāo)特定產(chǎn)品，對于不同煤礦井下地質(zhì)條件，對于同類支護(hù)具有使用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)。價格低、安裝輕便等優(yōu)點(diǎn)，推廣此抬棚支架應(yīng)用于切頂卸壓留空巷的支護(hù)產(chǎn)生的較高的經(jīng)濟(jì)價值；為此，此設(shè)備具有廣泛的推廣使用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]MT/T 556-1996，液壓支架設(shè)計(jì)規(guī)范[S].