綜采工作面設(shè)備列車巷超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

于書江

（山西晉城沁城煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 沁水 048200）

1 現(xiàn)場概況

長平礦4306 大采高綜采工作面位于四盤區(qū)南部，其走向長1 106.59 m、傾斜長220.7 m、煤層總厚度為5.67 m。43063 巷為設(shè)備列車巷，巷道高度實(shí)際最低3.2 m、最高5.5 m，平均4.5 m。現(xiàn)階段機(jī)尾順槽采用單體液壓支柱配合鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)長度20 m。該支護(hù)方式結(jié)構(gòu)簡單，在使用過程中主要存在以下幾個(gè)問題：

1）大斷面巷道適應(yīng)性不足。單體柱最大支護(hù)高度為4.5 m，當(dāng)遇到5.5 m 巷道高度時(shí)，需要打木垛構(gòu)頂，其工作量大且存在安全隱患。

2）支護(hù)強(qiáng)度低。單柱工作阻力只有200 kN，需要密集支護(hù)，工作效率低。

3）不能自移，需頻繁移柱，工序煩瑣。按工作面每班割5 刀煤計(jì)算，每班需移動(dòng)機(jī)尾三角區(qū)及巷道單體柱約30 根，每根單體柱重約100 kg，每完成1根單體柱的撤柱、搬運(yùn)、支柱，平均需要20 min，工作效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

因此，有必要研制一套綜采工作面設(shè)備列車巷超前支護(hù)及端尾支架設(shè)備，這一設(shè)備既能有效地解決支護(hù)強(qiáng)度低、工序煩瑣等問題，又能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，保證井下安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 設(shè)計(jì)方案

通過研制綜采工作面設(shè)備列車巷超前支護(hù)液壓支架，可有效提高機(jī)尾順槽及端頭三角區(qū)的支護(hù)強(qiáng)度和效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)長平礦綜采工作面快速推進(jìn)并高產(chǎn)高效的目的。

2.1 支護(hù)工藝

井下工作面順槽巷道用3 組（6 架）進(jìn)行超前支護(hù)，架型為支撐掩護(hù)式。支護(hù)時(shí)超前支架3 組前后連接，總支護(hù)距離大于20 m。當(dāng)頂?shù)装鍡l件好時(shí)，左右兩架成組前移；當(dāng)頂?shù)装鍡l件不好時(shí)，左右兩架邁步前移。其側(cè)視圖如圖1 所示。

圖1 機(jī)尾巷道超前支架側(cè)視圖

由圖1 可知，當(dāng)工作面推進(jìn)時(shí)，第一組超前支架降護(hù)幫收起，下降100～300 mm，穩(wěn)定后下部推移千斤頂推進(jìn)，穩(wěn)定后及時(shí)升架，支架初撐力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)停止，并展開護(hù)幫[1]。后兩組支架重復(fù)上述動(dòng)作，完成超前支架的整體動(dòng)作。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

每組超前支護(hù)左右部分都由頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿等部分組成。

2.2.1 頂梁

頂梁直接承受頂板圍巖壓力，是超前支架的主要結(jié)構(gòu)。在頂梁兩側(cè)安裝防倒千斤頂和起吊千斤頂?shù)你q接座，使頂梁和底座有效連接。頂梁除承載頂板壓力外，還能夠保留足夠的行人通道，保證人員有效通行。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

圖2 頂梁結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 掩護(hù)梁

掩護(hù)梁作為頂梁和四連桿的連接部分，前后兩端分別和頂梁、前后連桿鉸接，實(shí)現(xiàn)頂板壓力的有效傳遞。當(dāng)超前支架縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)，前端鉸接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為雙紐線，以保證支架動(dòng)作合理穩(wěn)定[2]。

2.2.3 底座

超前支架底座寬720 mm，主要用來支撐立柱和推移千斤頂，以實(shí)現(xiàn)頂板壓力、立柱推力的有效傳遞。由于該結(jié)構(gòu)垂直、水平均受到壓力、拉力和扭曲力，因此對(duì)結(jié)構(gòu)本身的剛度和強(qiáng)度要求較高，既要保證支架對(duì)底板的接觸比符合要求，又要保證支架的穩(wěn)定性。其基本結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 底座及連桿

2.2.4 連桿

連桿是超前支架的核心部件之一，是實(shí)現(xiàn)底座和掩護(hù)梁有效鉸接動(dòng)作的主要結(jié)構(gòu)。當(dāng)超前支架垂直動(dòng)作時(shí)，連桿能夠?qū)㈨敳繅毫Α⑺酵屏M(jìn)行扭曲，其運(yùn)動(dòng)軌跡為近似直線的雙紐線，保證支架整體運(yùn)動(dòng)合理平穩(wěn)[3]。

3 應(yīng)用效果

該項(xiàng)目在長平礦4306 工作面進(jìn)行了為期3 個(gè)月的工業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)果表明，運(yùn)用液壓支架對(duì)綜采工作面巷道進(jìn)行超前支護(hù)，既能有效地解決工作面順槽支護(hù)強(qiáng)度低、工序煩瑣等問題，又能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，較原有單體柱支護(hù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和安全優(yōu)勢，具有一定的推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

1）提高了支護(hù)質(zhì)量和安全系數(shù)。原有單體支護(hù)支撐力小，且遇到巷道高度大時(shí)，上方構(gòu)頂就需要打木垛，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，而且存在較大的安全隱患。超前液壓支架支撐力大、支護(hù)高度高，對(duì)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(hù)方式的隱患，保證井下安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）減員高效。徹底解決了原有單體柱密集支護(hù)、人工移柱等工序煩瑣、勞動(dòng)量大等問題，該超前液壓支架利用相鄰架組之間的推移油缸實(shí)現(xiàn)自移行走，顯著地降低了工人的繁重體力勞動(dòng)和發(fā)生事故的概率，更大程度上實(shí)現(xiàn)支護(hù)設(shè)備的機(jī)械化和自動(dòng)化，提高工作面推進(jìn)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效。

3）節(jié)能降耗。新式支護(hù)工藝較原支護(hù)工藝能節(jié)省大量木垛材料，木材費(fèi)約2 500 元/m，推進(jìn)1 000 m，兩順槽即可節(jié)約費(fèi)用500 萬元。因此該技術(shù)創(chuàng)造的間接經(jīng)濟(jì)效益甚為可觀。