單跨門式支架在綜放工作面超前支護的應用

劉東明

(大同煤礦集團 馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100)

1 工程背景

大同煤礦集團同忻礦綜放工作面輔運巷傳統的超前支護采用單體支護配合“π”型鋼梁進行支護，為了滿足支護強度要求，超前支護通常選用“一梁四柱”或“一梁五柱”支護形式，支護長度通常在50～100 m，現場采用單體柱工作阻力不超180 kN，因此造成超前支護段支護密集、作業人員勞動強度大、車輛及物料進出工作面不暢通的問題。為此提出采用單跨門式支架來代替傳統超前單體支護，該種支架具有支護強度高[1-2]，單組支架工作阻力達到2×1 410 kN；支架搬運與升降自動化程度高，采用專用防爆膠輪車進行搬運，作業人員勞動強度小；支架結構簡單，為“一梁兩柱”型，巷道斷面利用率高，便于車輛與物料進出工作面。本文以同忻礦8310綜放工作面輔運巷為對象進行試驗，該巷道為矩形斷面，巷道寬5 200 mm，高3 950 mm；巷道永久支護形式為“錨桿+鋼帶+錨索+金屬網”支護，超前支護設計長度為50 m，巷道鋪底厚度為250 mm，采用混凝土強度等級為C30。

2 單跨門式支架結構特征及參數

ZLC2X 1410/26.5/41.5型單跨門式支架由一根橫梁、兩根立柱通過銷軸連接組成。支架橫梁長度約4 400 mm，寬度400 mm，厚度400 mm，采用s=690 MPa的高強度合金結構鋼板材焊接而成，焊縫的抗拉強度不低于800 MPa，橫梁中央下表面設有定位卡齒；立柱為D200 mm/D160 mm單伸縮雙作用油缸，采用27SiMn鋼材切削加工而成，配套進口密封件；立柱底部設有直徑為500 mm的圓形鑄鋼托盤；為了保證支護裝置對頂、底板的適應性，托盤與立柱底部采用球形鉸接方式，并在托盤底部加裝帶防滑條；所有液壓控制閥均釆用不銹鋼產品，其中立柱液控單向閥流量為200 L/min，安全閥流量為500 L/min，開啟壓力45 MPa，每個立柱帶1個指針式抗震壓力表，立柱進回液采用板式快插接頭；支架供液系統有兩種類型，一是由防爆柴油機無軌膠輪支架搬運車自身獨立的乳化液泵站提供動力，二是通過遠程供液泵站供給支架的高壓乳化液提供的動力，單跨門式支架結構見圖1，其主要技術參數見表1。

圖1 單跨門式支架結構(mm)

3 支架的現場布置與前移

3.1 支架布置方式

單跨門式支架沿輔運巷中心線布置，超前支護距離50 m，橫梁兩端距煤壁各為400 mm，布置支架時，第一架單跨門式支架距工作面前刮板輸送機尾煤壁線不小于700 mm，支架的排距為1 800 mm，經計算輔運巷需27架單跨門式支架對巷道進行長度為50 m的超前支護。每個單跨門式支架應與相鄰的支架間用D24 mm的礦用圓環鏈條相互拉緊連接，以防止支護過程中支架傾倒。使用單跨門式支架時，巷道兩幫頂板落差不大于450 mm；對于頂板條件較為破碎、存在局部冒落的巷道，要提前加固填充，以保證支架的支護效果；對于頂板超高處，應提前做假頂，以防單跨門式支架發生脫缸現象；底板不平整時，應提前用墊木或混凝土進行補強保護措施，以防單跨門式支架柱腿站地不穩，發生倒滑現象。

表1 ZLC2×1410/26. 5/41. 5型支架技術參數

3.2 支架搬運車輛

單跨門式支架采用WC3Y(B)防爆柴油機無軌膠輪車做為搬運車，該車以防爆柴油機為動力，采用整體剛性焊接式車架，雙向駕駛操縱，行車制動為背壓制動+安全型濕式制動，駐車制動為安全型濕式制動，行走部采用膠輪行走機構，具有車體窄、機架強度高、驅動力大、通過性好、雙向駕駛、爬坡能力強、機動靈活、適應性強、安全高效、運輸成本低等特點。該車用于煤礦Ⅰ類爆炸環境，當作業環境CH4濃度達到1%時，車輛立即停止運行并切斷所有電源。車上裝備了帶有旋轉機構的升降平臺，本平臺上表面布置有定位卡齒，能夠與單跨門式支架橫梁下表面的定位卡齒相互咬合，保證支設及回撤運輸時的穩定性。車輛還配備了獨立的乳化液泵站，為單跨門式支架的液壓系統提供動力。

3.3 支架前移方法

移架時將WC3Y(B)防爆柴油機無軌膠輪車開至機尾部單跨門式支架下方，升降平臺上旋轉機構的卡槽對準支護裝置的橫梁中部，將升降平臺升起，至橫梁落入卡槽中。將單跨門式支架的立柱完全收回，降下升降平臺使支架橫梁上表面距離頂板550～650 mm，再通過升降平臺上的旋轉機構將支架旋轉約60°，由膠輪車載著單跨門式支架至巷道超前支護的前端，并距前端的單跨門式支架1 800 mm處，通過旋轉機構將所載的單跨門式支架擺正，將升降平臺升至支護橫梁的上表面緊貼頂板，最后使用車輛自帶的液壓系統對支架立柱進行打壓，將支架的立柱伸出至其完全撐緊頂板，待支架達到初撐力后，結束打壓并將升降平臺收回進行下一個循環，移架平面示意見圖2。

圖2 單跨門式支架移架平面示意

4 結 語

單跨門式支架在同忻礦8310綜放工作面輔運巷超前支護段應用后，巷道支護質量顯著提升，該項技術應用改變了傳統單體柱超前支護形式，減少了作業人員的勞動強度，消除了作業人員支回單體柱的安全風險，提高了超前支護的支撐強度，實現了超前支護的機械化前移，暢通了超前支護段車輛與物料運輸空間，有力保障了礦井的安全生產。