2313 綜放工作面端頭支架的研制與應用

原 波

（晉能控股煤業集團長平公司，山西 晉城 048000）

長平礦是一座新型的現代化礦井，隨著開采強度的增加，綜放工藝不斷改進，但支護改進進度跟不上綜放改進速度，從而造成支護脫節，影響了綜放效率的發揮[1-2]。造成支護速度慢的根本原因在于現階段采用單體柱配合打木垛勾頂進行支護，在移柱、支柱、打木垛過程中，費時費力[3-4]。為此亟須尋求一個安全、可靠、靈活的支護設備，以提高綜放效率。

1 概況

2313 綜放工作面井下標高554～653 m，工作面走向長1 006.8 m，傾斜長度224.4 m，煤層平均厚度5.3 m，平均傾角6°，回采過程中局部頂板節劈理發育，煤體疏松破碎。煤層基本頂和基本底為砂質泥巖，直接頂和直接底為泥巖。工作面端頭支護使用DW35-250/110X 型單體液壓支柱，初撐力為11.4 MPa 以上。但由于兩順槽為沿頂掘進，底板為底煤，兩巷打超前支護時初撐力不達標需及時在單體液壓柱下墊柱鞋或者方木保證單體柱支護狀態完好。

2 端頭支護液壓支架研制

2.1 研制的技術關鍵

端頭支護液壓支架研制的技術關鍵在于：

（1）總體方案設計，重點考慮支架與前后刮板運輸機機頭驅動部、轉載機的配套關系。

（2）轉載機兩側加焊鉸接耳，連接推移油缸，拉移端頭支架。

（3）頂梁和掩護梁的擋矸裝置設計，寬度可變，能進行有效的擋矸。

2.2 端頭支架支護方案

端頭支架支護方案如圖1、圖2，為兩架一組對稱布置，轉載機為中置式全落地放置，安置在兩架底座中間位置，兩架支架左右對稱以適應左右工作面使用，總長度達到10.643 m，端頭支架和超前支架的架間空頂距為384 mm。

圖1 端頭支架斷面

圖2 端頭支架擋矸裝置

端頭支架組底座前面和轉載機鉸接耳通過推移油缸連接，端頭支架前移以轉載機為支撐分別拉移支架，拉移步距900 mm。

端頭支架頂梁分為前、中、后三段，用銷軸鉸接，最長段3842 mm，以更好地適應巷道頂板起伏變化；底座分為前、中、后三段，用銷軸鉸接，最長段3820 mm，以更好地適應巷道底板起伏變化。

兩架一組的端頭支架組用4 排立柱支撐，左右兩架之間在頂梁上用三組拉緊油缸進行拉緊成一整體。

端頭支架的頂梁和掩護梁設有擋矸裝置，端頭支架擋矸裝置與排頭支架的頂梁緊貼，能很好地防止漏矸；掩護梁擋矸裝置最大寬度為2986 mm，中部間隙370 mm。

操作方式采用本架手動操作。

需要對轉載機進行改造：在1 m 轉載機的基礎上增加一節長2300 mm 的中部槽，中部槽兩側焊接端頭架拉架油缸鉸接耳，改造前后溜機頭尾墊架，加長推移梁600 mm，鉸接孔距100 mm。

2.3 支架組成結構設計

端頭支架頂部主要為頂梁和掩護梁結構，底部主要為底座和推移機構，并通過連桿連接。

（1）頂梁

頂梁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。頂梁上有兩柱窩與立柱的柱頭鉸接，用以傳遞立柱的支撐力。在左側和右側的兩個支架的頂梁側翼安裝有防倒、起吊油缸的鉸接座，通過其對兩個支架進行連接。采用套筒形式安裝頂梁連架千斤，考慮到支架頂梁對頂板錨桿的影響，護頂設計往下傾斜22.5°，并設計連架千斤上部與頂梁間隔454 mm，如圖3。

圖3 頂梁

（2）掩護梁

掩護梁前端的頂梁、后端的前后連桿加上連桿和底座一并構成了端頭支架的四連桿機構。當支架移架做上下運動時，通過支架的四連桿機構使其掩護梁和頂梁的中心點做近似直線的雙紐線運動，從而使支架的運動整體合理、穩定，如圖4。

圖4 掩護梁

（3）底座

支架的四連桿結構、推移千斤頂和立柱等結構均通過底座進行連接。底座是一種箱體結構件，將頂板傳來的壓力傳遞到工作面底板，承受支架上部傳遞的壓力、底板作用的反力、四連桿的拉壓力和扭曲力，如圖5。

圖5 底座及連桿

（4）連桿

連桿是支架中的主要連接件，將支架的掩護梁和底座連接起來，形成了支架的四連桿機構，四連桿機構為支架的核心機構。連桿主要承受支架傳來的拉、壓力以及扭曲力。

（5）推移機構

支架移動主要由推移機構實現，由左右支撐單元底座的鉸接座、連接器、推動千斤頂和銷軸構成。推移機構的千斤頂主要組成部件為缸體、活塞、活塞桿、導向套及密封件等。

（6）立柱

支架采用雙伸縮立柱，是由內外缸體、活柱、導向套及各種密封件組成。立柱的工作阻力為3000 kN。

（7）液壓系統

支架液壓系統的主要構成為進液管和回液管、支架立柱、支架千斤頂以及配套的液壓元件，整個液壓系統通過手動控制操作。液壓系統各部位之間的連接通過U 形卡、密封圈以及快速接頭實現，連接方便快捷。

3 應用效果

在2313 綜放工作面進行了端頭支護應用試驗，該裝置的應用有效提高了端頭的支護強度和效率，降低了工人勞動強度，保證安全生產，主要優點如下：

（1）端頭支架支撐力大，對頂板的支護能力強，支護強度遠大于單體柱。

（2）頂部支護面積大，支架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。

（3）結構尺寸小，重量輕，移架步距大，運輸高度低。

（4）每臺支架均設四連桿機構和防倒機構，保證支架的穩定性。

（5）支架底座設計成船形結構，移架阻力小，移架力大，不扎底。

（6）支架行走的方向、位置調節方便。

（7）支架在巷道布置后留有足夠的通道，便于行人。