放頂煤工作面端頭液壓支架的研究與應用

陳振成

（冀中能源股份有限公司東龐礦，河北 邢臺 054200）

0 引言

東龐礦北井主采9號煤，采用綜采放頂煤采煤工藝，長期以來致力于綜放工作面機電配套設備技術革新研究。近年來，為了改變端頭支護現狀、提高端頭頂煤回收，在9210工作面首次采用自行設計簡易端頭放煤支架，從此開始端頭支架的研究，經過現場試驗證明，端頭支架能夠確保端頭頂板安全、實現高效回收端頭頂煤，應用效果顯著。后期通過與邢臺機修廠合作，研制應用了ZT4400/18/34型端頭放頂煤支架，并成功應用到放頂煤工作面。

1 ZT4400/18/34型放頂煤端頭液壓支架研制

1.1 端頭液壓支架結構組成

端頭支架形式由2架支架并列組成，其主要由頂梁、前梁、伸縮梁、上連桿、前后連桿、底座、頂梁連接桿、移架千斤頂、尾梁、放煤機構以及液壓系統等部分組成。

1.2 支架各結構的確定

1.2.1 前梁的確定

端頭支架前梁采用整體帶伸縮梁結構，伸縮梁起到臨時支護的作用，同時前梁將端頭支架頂梁連為一體，提高了支架的穩定性。

1.2.2 頂梁的確定

端頭支架由2架支架并列組成，2個頂梁對稱設計，前部設置了前梁及千斤頂的連接位置，后部設置了尾梁及千斤頂的位置。頂梁之間通過連桿連為一體，提高了支架的穩定性，每個頂梁通過上連桿、前、后連桿、立柱與底座連接，同時支架頂梁設置了活動側護板，以加大支架的護頂范圍。

1.2.3 上連桿、前、后連桿的確定

采用上連桿上部與頂梁鉸接，下部與前、后連桿鉸接，同時上連桿、前連桿、后連桿和底座兩兩相互鉸接形成穩定四連桿結構，端頭支架的每列支架都設置了相同的四連桿機構，以提高支架的穩定性。上連桿、前、后連桿均采用高強度版箱體焊接結構，并且設計時盡量加大連桿斷面，以提高連桿的抗扭性。

1.2.4 底座的確定

端頭支架2個底座對稱設計，其前端設置支架自移拉移孔，底座與前、后連桿的鉸接型式均為單軸孔鉸接。

1.2.5 頂梁連接桿的確定

為了提高支架的穩定性，頂梁通過連接桿相連，連桿焊有頂板，可以維護頂板，防止頂煤垮落。頂梁連接桿采用高強度箱體焊接結構，以保證強度。

1.2.6 放煤機構的確定

放煤機構采用整體尾梁帶插板結構，同時放煤機構前端與兩頂梁相連接，將頂梁連為一體，提高了支架的整體穩定性。

1.2.7 支架液壓系統

液壓系統設計要點有3點。1）φ25mm主進液管，φ32mm主回液管，其余膠管及接頭均為KJ系列，鄰架操作。2）立柱、尾梁采用200 L/min大流量閥，其余為125 L/min。3）立柱及千斤頂密封選用優質聚氨酯切削密封4、立柱分開操作，以提高支架的適應性。

2 端頭液壓支架技術特征與結構特點

表1 端頭支架技術特征參數表

3 端頭液壓支架的主要結構特點

端頭液壓支架的主要結構特點有7點。1）支架結構簡單，操作方便，每個結構件均滿足井下運輸條件。2）端頭支架由兩列支架并排組成，每架臺支架都有獨立的四連桿機構，以提高支架的穩定性和抗扭性；頂梁通過前梁、連接桿及尾梁連為一體，進一步提高了支架的穩定性。3）支架采用鉸接頂梁帶伸縮梁型式，提高了支架對頂板的適應性，同時為前刮板運輸機機頭提供了安全空間。4）放煤機構采用大尾梁帶插板結構，不僅實現了端頭區域頂煤的回收，而且能將轉載機機尾完全掩護住，保證了設備的安全。5）兩頂梁外側均設有活動側護板，保證了與過渡支架的密封性，同時加大了支架的護頂范圍。6）兩底座間距離為 1 330 mm，保證轉載機順利通過。7）端頭支架前端設有拉移孔，通過大鏈、連接頭與轉載機拉移千斤頂連接，實現端頭支架的自移，從而與工作面推進速度相適應，提高生產效率。

如圖1 所示，端頭支架與過渡支架并排布置，為了適應開采工藝，設備移動順序為：推前溜——拉過渡支架——拉端頭支架——拉后溜——拉轉載機。

圖1 ZT4400/18/34型綜放工作面端頭液壓支架與配套設備示意圖

4 ZT4400/18/34型綜放工作面端頭液壓支架現場應用分析

4.1 工作面概況

端頭液壓支架成功應用到9202C、9205外工作面。工作面煤層結構復雜，沉積穩定，由92及93煤層合成，平均6.9 m。煤層平均傾角為15.5°。工作面皮帶巷沿底板掘進，斷面規格為4.5m×2.7m（寬×高）。

4.2 配套設備

端頭液壓支架技術的具體特征見表2。

表2 ZT4400/18/34端頭支架技術特征參數表

4.3 工作面采煤工藝

工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤、全部垮落法控制頂板采煤法。設計平均采高為2.4 m，采放比為1∶1.57。工藝順序：采煤機端頭斜切進刀→割煤→移架→推前溜→放頂煤→拉后溜[1]。

4.4 支架應用情況分析

在9202C、9205外工作面皮帶巷下端頭布置一臺ZT4400/18/34型端頭支架，通過現場應用與簡易放煤支架、單體交接梁支護端頭具有以下優點。

4.4.1 實現了對端頭區域的高強度安全支護

ZT4400/18/32d端頭支架由2架支架并列為一組的支架結構，且頂梁通過整體頂梁、連接桿及整體尾梁連接為一體，不僅提高了支架的穩定性，實現了對頂板的支護，提高端頭區域的安全性，減少單體支護材料投入，每班操作人員由4人減少2人。

4.4.2 實現了端頭區域的安全高效頂煤回收

采用大尾梁帶插板結構的放煤機構，增大了放煤空間，充分利用裝載機將落下的煤運出；在不放煤時，可將插板伸出，能很好地將轉載機機尾掩護住，避免后部垮落的煤、矸對轉載機的機尾沖擊。據統計，該工作面多回收煤炭資源1萬多噸，取得了良好的經濟效益。

4.4.3 端頭支架實現放煤，減少了資源損失，利于工作面防滅火管理

端頭支架增設放煤機構，實現端頭頂板隨采隨垮落，不需要采取人工強制放頂、人工壘墻擋風堵漏風等措施，節約材料投入，減少工作面防滅火人員及漏風量，降低“一通三防”管理難度，提高安全生產的可靠性[2]。

4.4.4 縮短了循環作業時間，加快了工作面推進度。

采用端頭機械化，職工的勞動強度降低，操作速度加快，大大縮短了工作面循環作業時間，提高了開機率，加快了工作面推進速度，提高了工作面生產效率，為實現安全高效采煤工作面奠定了基礎。

5 結語

ZT4400/18/34型端頭支架結構簡單，操作靈活、安全可靠。布置在前、后刮板運輸機之間，大大縮短了與工作面過渡支架的滯后距離，減少了端頭空頂區域空間，提高了端頭頂煤回收率，增強端頭的頂板支護強度，減少端頭頂板事故發生，各項技術指標均達到設計要求。為今后綜放工作面端頭支架全面推廣和使用提供寶貴的理論和實踐經驗。