綜放工作面回風(fēng)巷支護(hù)成套設(shè)備研制與應(yīng)用

魯國芹，王翔，楊玲

（河北天擇重型機(jī)械有限公司，河北邯鄲056200）

0 引 言

目前，我國煤礦井下綜采工作面的超前段支護(hù)方式大致有兩種：π 型鋼梁與單體液壓支柱相配合液壓支架；邁步自移式超前液壓支架。前者需占用行人空間，鋼梁和單柱依靠人工搬運(yùn)，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、支護(hù)強(qiáng)度有限，拆移過程中存在較多安全隱患等缺點(diǎn)；后者在移架過程中對(duì)巷道頂板反復(fù)支撐易造成頂板破碎，且移動(dòng)速度較慢導(dǎo)致端頭空頂時(shí)間長(zhǎng)，隨著開采深度的增加，頂板破碎程度、下沉速度和變形幅度等礦壓作用逐步凸顯，可能出現(xiàn)巷道頂板壓死超前支架的現(xiàn)象，采用人工放頂、臥底等應(yīng)對(duì)措施不僅耗費(fèi)人力、物力，還浪費(fèi)大量工作時(shí)間，超前支架撐不住、移不動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)帶來極大影響。因此，迫切需要研制一種安全高效且適合巷道壓力大的超前支護(hù)設(shè)備。

1 超前支護(hù)成套設(shè)備的研發(fā)

1.1 使用條件

峰峰集團(tuán)大淑村礦172404 工作面平均走向長(zhǎng)度為695.5 m，傾斜長(zhǎng)度平均為97 m,傾角平均為14.7°,面積為67 464 m2，工業(yè)儲(chǔ)量為564 674 t，可采儲(chǔ)量為463 032 t。上巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)，矩形巷道，巷道規(guī)格為4 m×4 m。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

1）ZQ1800/19/40 門式超前支架架型為門式超前支架；高度為190～4000 mm；頂梁寬度為500 mm；中心距為800 mm；初撐力為1603 kN（P=31.5 MPa）；工作阻力為1800 kN（P=35.4 MPa）；支護(hù)強(qiáng)度為0.4 MPa；泵站工作壓力為31.5 MPa。

2）支架運(yùn)輸車軌距為1000 mm；軸距為1500 mm；輪徑為φ200 mm。

3）運(yùn)輸車軌道及安裝架，輕軌型號(hào)為22 kg/m；軌道規(guī)格為800 mm/根；軌道長(zhǎng)度為30 000 mm。

1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

綜放工作面回風(fēng)巷支護(hù)成套設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。

圖1 回風(fēng)巷支護(hù)成套設(shè)備

1.3.1 門式超前支架主要結(jié)構(gòu)

1）門式超前支架由2 根伸縮式立柱與頂梁兩端固定連接形成門式結(jié)構(gòu)，立柱上端與頂梁固定連接且底端固定安裝有底靴；2）頂梁由主梁和2 個(gè)伸縮梁組成，主梁和伸縮梁均為空心箱體，主梁兩端套裝有伸縮梁；3）主梁和伸縮梁通過2 根伸縮千斤頂連接，伸縮千斤頂兩端分別固定在主梁和伸縮梁箱體內(nèi)壁上，通過伸縮千斤頂可使頂梁縮短，便于運(yùn)輸；4）立柱底靴采用箱型結(jié)構(gòu)；5）頂梁兩端連接護(hù)板可旋轉(zhuǎn)90°, 用銷軸機(jī)械固定；6）頂梁上部焊接防滑條，便于放置枕木，頂梁箱體下方焊接掛鉤。

1.3.2 支架運(yùn)輸車主要結(jié)構(gòu)

1）支架運(yùn)輸車主要由行走輪、車盤、升降千斤頂、導(dǎo)向筒和承重平臺(tái)組成。

2）支架運(yùn)輸轉(zhuǎn)動(dòng)端與承重平臺(tái)連接，承重平臺(tái)由上下兩部分組成，設(shè)有軸承與軸配合的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，上部承重板可通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)360°。

1.3.3 軌道

1）輕軌。選用22 kg 輕軌，每段輕軌長(zhǎng)度為800 mm,輕軌兩端鉆孔，便于與軌道組件連接。

2）軌道組件。軌道組件分A、B 兩種：A 型數(shù)量較多，將輕軌放置于軌道組件內(nèi)，使用高強(qiáng)螺栓接輕軌與軌道組件。B 型軌道組件共2 件，組件兩端焊接圓槽，便于打點(diǎn)支撐，軌道組件中間焊接耳板，可以安裝開口滑輪或鎖具卸扣，便于下坡運(yùn)輸時(shí)限位。另外，軌道鋪設(shè)前應(yīng)先清理巷道底板，巷道底板的走向傾角應(yīng)不大于10°。

2 超前支護(hù)成套設(shè)備的應(yīng)用

超前支護(hù)成套設(shè)備的工作面應(yīng)用情況如圖2 所示。

2.1 操作

1）將門式超前支架按間距800 mm 在需要支護(hù)的25 m 長(zhǎng)回風(fēng)巷道內(nèi)完成支護(hù)，支護(hù)完畢需要轉(zhuǎn)移至下一支護(hù)點(diǎn)時(shí)，將支架運(yùn)輸車沿軌道移動(dòng)到門式支架下，控制支架運(yùn)輸車中升降千斤頂活塞桿伸出，將旋轉(zhuǎn)平臺(tái)升起至其托住超前支架中主梁，控制伸縮梁收回，控制立柱收回，放松主梁，使門式支架整體落在支架運(yùn)輸車中的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，控制升降千斤頂降至合適位置，人力轉(zhuǎn)動(dòng)超前支架中立柱，由于支架運(yùn)輸車中軸承的旋轉(zhuǎn)，使門式超前支架在巷道中豎向放置避免在運(yùn)輸過程中與巷道側(cè)壁碰撞。

2）絞車牽引支架運(yùn)輸車在軌道上行走，支架運(yùn)輸車托著超前支架移動(dòng)至下一支護(hù)點(diǎn)。

3）支架運(yùn)輸車行走的同時(shí)，靠人力拆卸一節(jié)軌道，隨支架運(yùn)輸車一同運(yùn)送至下一支護(hù)點(diǎn)。

4）靠人力將超前支架旋轉(zhuǎn)成橫向放置，對(duì)正需要支護(hù)的位置，控制支架運(yùn)輸車中升降千斤頂活塞桿伸出至超前支架中主梁接觸巷道頂板，伸縮梁伸出，控制立柱伸開，直至柱靴接觸地面且主梁完全撐住頂板，支架運(yùn)輸車中升降千斤頂活塞桿收回，使旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與超前支架中的主梁分離，便可進(jìn)行該支護(hù)點(diǎn)的支護(hù)工作。

按上述操作順序完成該超前支護(hù)系統(tǒng)的循環(huán)工作。

圖3 超前支護(hù)成套設(shè)備移架狀態(tài)模擬演示

2.2 技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新

1）門式超前支護(hù)成套設(shè)備，化整為零，移架方式采用運(yùn)輸車配合軌道逐架前移，較傳統(tǒng)超前支護(hù)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、移動(dòng)靈活、安全系數(shù)高、推進(jìn)速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。

2）每臺(tái)門式超前支架為獨(dú)立支撐單元，避免大面積反復(fù)支撐頂板，保證應(yīng)力集中區(qū)頂板的完整性。

3）運(yùn)輸車的承載平臺(tái)通過千斤頂調(diào)節(jié)高度且360°自由旋轉(zhuǎn)，提高了支護(hù)設(shè)備移設(shè)的安全性，便于搬運(yùn)。

4）運(yùn)輸軌道為可拆卸式，拆裝方便，隨支護(hù)設(shè)備一同前移，在超前支護(hù)段前端循環(huán)鋪設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)條件下的快速移架。

3 結(jié) 語

工作面使用超前支護(hù)成套設(shè)備后，大幅減少了超前支護(hù)的工作量，每班超前支護(hù)、切頂排放頂和推移工作面溜子機(jī)頭由原來的6 人作業(yè)減少為2～3 人作業(yè)，每班可節(jié)約3～4 個(gè)用工。按每天節(jié)約用工6 個(gè)，每工年平均工資6 萬元計(jì)算，每年可節(jié)約人工工資36 萬元。

超前支護(hù)成套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝和拆卸，安全系數(shù)高，減少人工抬運(yùn)點(diǎn)柱的工作量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低掛梁期間人員高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，使用支架運(yùn)輸車的移架方式，有效解決交替移步式超前支架對(duì)巷道頂板的反復(fù)支撐問題。使用超前支護(hù)成套設(shè)備配合新型采煤工藝，移架簡(jiǎn)單，在生產(chǎn)過程中即可完成超前支架的移設(shè),降低工作面人工成本，為煤礦工作面超前支護(hù)提供新思路、新方法。