綜采工作面超前支護液壓支架設計

鄒雁斌

（山西晉能控股煤業集團長治仙泉煤礦，山西 長治 047100）

引言

晉能控股煤業集團寺河礦大采高和放頂煤綜采工作面順槽端頭區域基本采用單體液壓支柱配合金屬鉸接頂梁進行超前支護，支護高度低、支護力小、不能自移、工人勞動強度大，存在安全隱患。針對存在的問題，需設計一套綜采超前支護液壓支架[1]，通過該超前支護液壓支架技術，可減輕工作面工人勞動強度，提高支護強度和效率，實現煤礦綜采工作面快速推進并達到安全高產高效的生產目的。

1 超前支護液壓支架整體設計

超前支護液壓支架共三組六架，單架架型為兩柱支撐掩護式架型[2]，共由六個單架通過推移、防倒、底調等千斤頂連接組成。六個單架分為三組，最靠近工作面的兩架為一號支架組，距工作面最遠的兩架為三號支架組，中間兩架為二號支架組，如圖1所示。

圖1 超前支護液壓支架側視圖及俯視圖

三組支架組均為兩柱支撐掩護式架型結構，整體底座，頂梁為整體頂梁鉸接挑梁[3]。結構件主要由挑梁、頂梁、掩護梁、前后連桿、底座等組成。

每組支架都由左右兩架組成，分列于巷道兩側，左右兩架支架的頂梁、底座之間都連接有防倒調架千斤頂，互為扶持防倒，防倒頂調千斤頂行程1 150 mm，距巷道頂面400 mm，防止與錨桿、錨索干涉；防倒底調千斤頂行程1 150 mm，距地面200 mm，防止與巷道底鼓干涉，可以滿足前后支架推移步距900 mm的需要，通過防倒調架千斤頂的調節可使左右兩架并列支架之間的距離達到2 540 mm，滿足工作面進配件的要求，如圖2所示。

圖2 超前支護液壓支架斷面圖

2 主要結構件設計

2.1 頂梁

頂梁直接與頂板接觸，是支架的主要承載部件之一[4]，作用是支撐巷道頂板和傳遞頂板壓力。因此，采用整體式箱形焊接結構，前部鉸接有挑梁，能很好地適應巷道頂板不平整的情況。處于頂梁上的兩柱帽主要傳遞立柱的支撐力，鉸接立柱的柱頭。左、右支架的頂梁結構基本一樣，與立柱和掩護梁等部件連接，如圖3所示。

圖3 頂梁結構圖

2.2 掩護梁

掩護梁在液壓支架工作運行中起到抗扭和支撐維護巷道的作用。掩護梁與頂梁、連桿等部件連接，其結構形式為結構為箱件。掩護梁前端和后端分別與頂梁鉸接和前后連桿鉸接，并通過底座和連桿組成四連桿機構，是液壓支架重要的組成部分。該機構使掩護梁與頂梁鉸接形成一個雙扭線的運動軌跡，當液壓支架在上下升降時，使超前支架形成一個穩定、合理的運動，如圖4所示。

圖4 掩護梁結構圖

2.3 連桿

連桿在超前液壓支架中承受壓力、水平力、及拉力而產生的扭曲力，其結構形式為箱形，并與掩護梁和底座鉸接，為四連桿機構中最為關鍵的結構。該結構使超前液壓支架做升降運行時，使超前液壓支架的運動形成一條雙扭線的運動軌跡，最終滿足超前液壓支架能夠平穩運行。

2.4 底座

底座不僅要滿足剛度和強度的要求，還要適應底板結構的不穩定性，同時對底板接觸比壓不能太大。底座與推移千斤頂、立柱、四連桿等部件的連接，其結構形式為箱體，是穩定支架的部件，主要將頂板壓力傳遞給底板，并受到頂梁、立柱傳遞來的頂板垂直壓力，同時還受到由底板向上的作用力，及四連桿機構傳遞的扭曲力、拉力和壓力等，如圖5所示。

圖5 底座結構圖

3 結論

1）支護面積大。超前支護液壓支架頂梁與巷道頂板接觸面積遠遠大于單體柱與巷道頂板接觸面積。

2）工序簡單，勞動強度低。采用超前支護液壓支架，只需要一人即可實現移架、支護作業，工序簡單，減人提效，同時大大降低了工人的勞動強度。

3）使用周期長。由于超前支護液壓支架是整體受力，遇到頂板壓力較大時，不容易壓壞，損壞幾率小，使用周期短。

4）安全性高。工人移架作業時，可在有支護頂板的安全區域進行臨架操作，避免了單體柱撤柱、移柱、支柱時的局部空頂作業。且超前支架的自移，避免了人工移動單體柱時可能造成的傷害。