綜放工作面超前支護液壓支架的研發與應用

原 波

（晉能控股煤業集團長平公司，山西 晉城 048000）

引言

傳統的單體液壓支柱進行綜放工作面回采巷道超前支護時，僅一個順槽就需要上百根，工作量較大，而所能起到的效果有限，回柱時面臨的安全風險大，單體柱超前支護工藝已經成為影響綜放工作面安全高效運行的重要因素之一[1-2]。而現有的超前支護支架又存在各種不足，對井下條件適應性差。因此，研制一套綜放工作面回采巷道用超前支護液壓支架解決以上問題，對長平煤礦的安全高效生產具有十分重要的意義。

1 現有超前支架的缺點

超前支護支架取代傳統單體柱支護，是煤礦研究的重要部分，尤其是對于綜放工作面的超前支護支架。現在國內外已有多種超前支架，如懸移式、滑移式、跨騎式等，這些超前支架存在以下缺點：

1）支護阻力較小，結構復雜，移動困難，對井下條件適應性差，不能適應大斷面巷道的需要。

2）由于破碎機、轉載機的存在，使得超前支架體積大、重量大，安裝運輸困難，同時對巷道斷面有較高的要求[3-4]。

2 超前支護液壓支架研發

2.1 研發的技術關鍵

超前支護液壓支架研發的技術關鍵為：

1）總體方案設計，尤其是與轉載機、破碎機之間的配套關系。

2）油缸的選型。首先是立柱，根據井下實際支護阻力及最低、最高支護高度，計算確定油缸的外形尺寸和行程。其次是橫連油缸，根據液壓支架的整體推移步距，確定伸縮油缸。

3）立柱的位置布置。根據有限元模擬，確定最佳支護角度和中間距離，確保裝備的安全性和支護重量的穩定。

4）底座結構設計。結構設計要充分考慮對地比壓，不能下陷；其次底座船型結構確保移架順利，不能扎底。

5）液壓系統美觀性。液壓系統除了基本功能要實現外，還要保持管路整潔、美觀。

2.2 支架設計方案

超前支護液壓支架支護方案如圖1、圖2 所示，超前支護液壓支架共6 架，左右兩架組成一組，左右架分列于轉載機兩側。每組支架的頂梁由兩根調架油缸連接，互為扶持防倒，第一組支架的底座在轉載機橋部兩側，下設1 根調架油缸，從轉載機橋部下面穿過，可以調節第一組左右兩架之間的距離，能更好地適應巷道寬度的變化，3 組支架總長度達21.341 m，總長度不超過轉載機橋部最高點。

圖1 超前支護液壓支架支護方案（單位：mm）

圖2 超前支護液壓支架斷面（單位：mm）

巷道同側前后支架的底座間鉸接有推移油缸，支架依據推移油缸互相推拉前移，推移步距900 mm。

支架與轉載機留有大于100 mm 的間隙，當巷道幫鼓不嚴重時，該間隙可增大至300 mm。破碎機處于第二架與第三架支架之間，破碎機與超前支護液壓支架之間留有足夠大的間隙，不影響更換配件。

頂梁兩側設有可拆卸式護頂機構（行人側不設），根據巷道頂板條件決定是否使用。

同組支架左右對稱以適應左右工作面使用，整架采用鄰架手動操作方式，行人側支架控制非行人側支架。

單架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前梁。結構件主要由挑梁、頂梁、掩護梁、前后連桿、底座等組成。

2.3 支架強度校核

對超前支護液壓支架強度進行校核，對比結果見表1。

表1 超前支護強度校驗

機頭順槽20 m 區域：采用3 組ZQL2×3000/18/37HW 型超前支護液壓支架，每組2 架，工作阻力6 000 kN，支護高度1.8～3.7 m，鄰架手動操作。

2.4 技術優勢

結合長平礦綜放工作面巷道實際情況，研發的超前支護液壓支架具有如下技術優勢：

1）每架由相互獨立的左、右架連接而成，便于運輸、安裝、維護。

2）結構尺寸小，重量輕，移架步距大，運輸高度低。

3）超前支護液壓支架可多架連接，支護長度增加容易。

4）超前后架頂梁、底座間不直接連接，增強了對頂、底板不平整的適應性。

5）超前支架行走的方向、位置調節方便。

3 現場應用效果分析

在長平礦2313 綜放工作面機頭巷道23131 巷進行現場應用，具體效果如下：

1）超前支架在井下進行了支護、行走試驗，支架進行了升降、推移、側移、支護等動作，驗證了支架對巷道的適應性，考察了對頂板、錨索支護、通風的影響。

2）經過試驗，超前支護液壓支架完成一次移架，僅需約8 min，達到了工作面快速推進的要求。

3）提高了支護質量和安全系數。超前液壓支架支撐力大、支護高度高，對巷道圍巖控制較好，尤其在巷道頂板破碎處，可以大幅降低原有支護方式的隱患，保證井下安全、穩定運轉。