單列超前支架在青龍寺煤礦的應(yīng)用

苗發(fā)強(qiáng)，張虎雄，馬 雄，李志明

1國(guó)家能源集團(tuán)榆林能源有限責(zé)任公司青龍寺煤礦分公司陜西榆林 719408

2鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司 河南鄭州 450016

2 014 年，青龍寺煤礦在工作面回風(fēng)巷用兩架一組形式的超前液壓支架代替單體支護(hù)，解決了單體支護(hù)推進(jìn)速度慢、支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)面積小、支設(shè)和回撤勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低、維修成本高等問題。但是工作面運(yùn)輸巷由于巷道高度低、轉(zhuǎn)載機(jī)短、配套設(shè)備體積大等因素，無法布置兩架一組形式的超前液壓支架，仍然采用單體支護(hù)。2021 年青龍寺煤礦與鄭煤機(jī)集團(tuán)合作研制了單列超前支架，解決了工作面運(yùn)輸巷的支護(hù)問題[1-4]。

1 單列超前支架布置方式

工作面運(yùn)輸巷道尺寸和配套設(shè)備如表 1 所列。

表1 工作面運(yùn)輸巷道尺寸和配套設(shè)備

如圖 1 所示，單列超前支架由前后兩架組成，布置在轉(zhuǎn)載機(jī)行人側(cè)，前架位于破碎機(jī)前方，后架位于刮板機(jī)垂直電動(dòng)機(jī)和破碎機(jī)之間。前后架底座由推移千斤頂和連接桿連接，前架的推移千斤頂連接在帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾上。

圖1 單列超前支架配套簡(jiǎn)圖

2 單列超前支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單列超前支架主要技術(shù)參數(shù)如表 2 所列。

表2 單列超前支架主要技術(shù)參數(shù)

單列超前支架主要由頂梁、底座、四連桿機(jī)構(gòu)、立柱、推移千斤頂?shù)冉M成。為縮短頂梁長(zhǎng)度，提高支架對(duì)巷道頂板的適應(yīng)性，采用鉸接頂梁加前梁結(jié)構(gòu)；為減輕頂梁質(zhì)量，避讓錨桿錨索，頂梁兩側(cè)采用不帶側(cè)幫板的窄頂梁結(jié)構(gòu)；為提高單列超前支架的穩(wěn)定性，底座底板寬度設(shè)計(jì)為 1 m，且底座兩側(cè)設(shè)計(jì)有可旋轉(zhuǎn) 90°的側(cè)撐板；每架單列超前支架配置 2 根立柱，其結(jié)構(gòu)和照片分別如圖 2、3 所示。

圖2 單列超前支架結(jié)構(gòu)

圖3 單列超前支架照片

3 單列超前支架穩(wěn)定性分析

單列超前支架為窄長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在使用過程中，由于底板不平易造成支架橫向傾倒，筆者對(duì)其橫向穩(wěn)定性進(jìn)行了分析[5]。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)的分析計(jì)算[6]，單列超前支架越寬，重心越低，其橫向穩(wěn)定性就越好，適應(yīng)的傾角就越大。為提高單列超前支架橫向穩(wěn)定性，筆者采取了 2 種措施：一是增加底座質(zhì)量，減小頂梁質(zhì)量，降低支架重心；二是底座底板寬度由 700 mm 加寬至1 000 mm，同時(shí)在支架底座兩側(cè)設(shè)置可收 90°側(cè)撐板，每個(gè)側(cè)撐板配置 2 個(gè)?80 mm的千斤頂，兩側(cè)側(cè)撐板完全打開后底座寬度可達(dá) 1 600 mm，如圖 4 所示。當(dāng)單列超前支架正常使用時(shí)，其側(cè)撐板收回和打開后可適應(yīng)的最大傾角分別為 25°和 36°，滿足井下巷道正常使用要求。

圖4 單列超前支架適應(yīng)橫向傾角

3 單列超前支架移架方式

前架與后架之間通過推移千斤頂、連接桿、連接頭相連，前架由推移千斤頂通過特殊推移座和輸送帶自移機(jī)尾連接，以輸送帶自移機(jī)尾為固定點(diǎn)，通過收推移千斤頂進(jìn)行移架。后架以前架為固定點(diǎn)，通過收推移千斤頂進(jìn)行移架，前后兩架均以拉架的方式進(jìn)行前移，使支架在移架時(shí)盡量走直。推移千斤頂行程為1 800 mm，是工作面支架推移步距的 2 倍。單列超前支架移架順序如下：

(1) 工作面推進(jìn)第 1 刀后，后架前移 1 個(gè)步距，然后轉(zhuǎn)載機(jī)前移 1 個(gè)步距；

(2) 工作面推進(jìn)第 2 刀后，后架再移 1 個(gè)步距，此時(shí)后架推移行程用完，轉(zhuǎn)載機(jī)再前移 1 個(gè)步距；

(3) 工作面推進(jìn)第 3 刀后，前架每次移 2 個(gè)步距，前架推移行程用完，然后輸送帶自移機(jī)尾前移 2個(gè)步距；

(4) 第 1 個(gè)移架結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

4 應(yīng)用效果

單列超前支架于2021 年 6 月在青龍寺煤礦5-220601 綜采工作面巷道中投入使用，目前使用效果較好。

(1) 單列超前支架代替了原來的單體支柱，提升了支護(hù)和推進(jìn)速度，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)增強(qiáng)了對(duì)頂板的支護(hù)能力，降低了巷道頂板安全風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 為了提高單列超前支架的穩(wěn)定性，支架底座上設(shè)置側(cè)撐板，防倒和穩(wěn)定性方面達(dá)到了較好的使用效果。

(3) 青龍寺煤礦巷道頂板采用鋪網(wǎng)加錨桿錨索支護(hù)，底板進(jìn)行砼硬化，頂?shù)装鍡l件比較好，壓力不大，單列超前支架能夠滿足井下巷道支護(hù)需求。

(4) 由于轉(zhuǎn)載機(jī)比較短，前架推移點(diǎn)到達(dá)輸送帶自移機(jī)尾處后，前架可以選擇 2 種移架方式：一是前端不配置推移千斤頂，靠后架的推移千斤頂推著往前走；二是前架與輸送帶自移機(jī)尾連接，靠收前架推移千斤頂進(jìn)行拉架前移。第一種方式易導(dǎo)致前架被推歪，第二種方式增加自移機(jī)尾的前移頻次，原設(shè)計(jì)自移機(jī)尾為工作面割 3 刀移一次，與超前架連接后必須2 刀移一次。考慮到前架歪斜扶架困難，選擇第 2 種方式連接和移架。此種連接的移架方式在超前支架中也是一種新的嘗試，目前移架效果良好。

(5) 單列超前支架采用電液控制系統(tǒng)，具備遙控操作功能，可以遠(yuǎn)距離操作，提高了操作安全性。

5 結(jié)語

對(duì)于巷道頂?shù)装鍡l件比較好的工作面，采用單列超前支護(hù)能滿足巷道的支護(hù)要求，但鑒于支架穩(wěn)定性的原因，大部分礦井還是采用兩架一組形式，不僅增加了設(shè)備采購(gòu)成本，還降低了超前支架的推進(jìn)速度。單列超前支架在青龍寺煤礦的成功應(yīng)用，對(duì)單列超前支架的使用和短轉(zhuǎn)載機(jī)配超前支架的移架方式選擇具有一定的借鑒意義。