巷道超前自移吸能防沖液壓支架的研制

田省強，陳亞鵬，閆磊

（1.陜西彬長胡家河礦業有限公司，陜西 咸陽 713500；2.西安重裝銅川煤礦機械有限公司，陜西 銅川 727031）

隨著綜采工作面高產高效，綜采設備的機械化、自動化、智能化的不斷提升，通風，運輸和開采工藝的要求，工作面的運輸巷、回風巷道的斷面尺寸越來越大，隨著高效開采，增加了對煤巖的急劇破壞。沖擊地壓是綜采工作面推進開采過程中遇到最嚴重的災害之一，經常發生沖擊地壓現象，從而造成嚴重的安全事故。在工作面兩巷發生沖擊地壓時，圍巖遭到瞬時破壞，垮落，同時伴隨有劇烈的震動和聲響，經常會引起巷道底臌、冒頂、片幫，嚴重時會造成巷道完全閉合，出現人員傷亡事故。

1 工作面地質條件

以彬長集團胡家河礦業有限公司401106 工作面的調研與考察，設計走向長度約2604m，可開采長度約2349m（平距），傾向長200m，厚度12.8 ～27m，煤層平均厚度約23m，總體趨勢從工作面南西側向北東側煤層底板逐步升高，最高處為切眼附近。煤層結構簡單，一般只有1 ～2 層夾矸。其頂板巖性以灰～深灰色泥巖、砂質泥巖為主，底板則以黑色炭質泥巖為主。

2 吸能防沖超前支架總體設計

（1）根據煤礦安全規程以及煤礦安監局對于綜采放頂煤工作面或具有中等及以上沖擊危險區域超前支護范圍不得小于120m。彬長胡家河礦井超前支護長度為200m，采用兩組防沖超前支架及55組防沖單元支架組成。其中兩組防沖超前支架整體布置圖2 如下。

（2）胡家河礦業有限公司401106 工作面圖1 巷道斷面尺寸長×寬為5600mm×3700mm，為實現全斷面支護，防沖超前支架采用兩架一組，整體采用左右雙四連桿穩定機構，立柱與四連桿采用交錯布置，底座采用整體底座，中間設置有人行通道。頂梁采用整體結構，頂梁前端和側面設置有護幫板，立柱底部增加了吸能裝置，能夠實現巷道支護及吸能防沖作用，提高了支架的穩定性及適應性。如圖3。

圖1 巷道斷面圖

圖2 防沖超前支架巷道布置圖

圖3 吸能防沖超前支架示意圖

（3）根據調研結果，明確了抗沖擊方式以加大工作阻力剛性防沖、采用高強板焊接箱體等加強支護，支護強度增大，可以大幅度減少運輸巷、回風巷道在沖擊載荷作用下的巷道收斂變形，支護強度不小于0.7MPa。

（4）在常規支護構件中增加阻尼或吸能裝置來緩沖巷道沖擊載荷，能夠實現快速吸收、抵御巷道受沖擊載荷所釋放的能量。

（5）設計多級多個不同流量的安全閥實現快速響應泄壓。

3 關鍵結構的研究

（1）根據礦井實際地質條件，對比周邊礦區總結經驗，提高防沖超前支架組的工作阻力，為巷道支護提供足夠的支護強度，一組超前工作阻力為2×13000kN，共布置兩組。

（2）引進北京城田吸能立柱技術共同研制讓位吸能防沖立柱并應用到超前支架中，立柱底部增加吸能裝置來緩沖巷道沖擊載荷，如圖3 中的序號1。采用誘導式預折疊構件，用于在沖擊地壓發生時實現支架的讓位阻力、讓位位移、讓位速度、讓位頻率、讓位剛度、讓位能量的可變功能，吸能立柱具體參數如表1 所示。

表1 吸能立柱技術參數

（3）采用多級大小流量安全閥作為卸壓裝置，每根立柱下腔設置有3 個安全閥，保證在受沖擊發生時能夠打開多通道進行泄壓。分別采用2 個FATA1000/50 和1 個FATA160/50 的安全閥，如圖4 中的序號2、3、4。

圖4 吸能立柱示意圖

4 自移吸能防沖支架移架原理

巷道超前支架移動過程過程包括升前架立柱、降前架立柱、推前架、升前架立柱、降后架柱、拉后架、升后立柱等7 個動作，7 個基本動作均由乳化液泵站提供動力通過液壓缸往復運動完成，具體過程如下。

第一步：升前架立柱。當支架需要上升到支護狀態時，由液壓系統控制操縱閥完成4 根立柱上升到頂梁與頂板充分接頂，達到初撐力階段。如圖5a）。

圖5

第二步：降前架立柱。當支架前架需要前移時，由液壓系統控制操縱閥完成前架4 根立柱收回100 ～200mm，如圖5b）。

第三步：推前架。推前架時需要以后架為輔助支撐點，由液壓系統控制操縱閥完成2 根推移千斤頂前推900mm，前架向前移動，如圖5c）。

第四步：升前架立柱。液壓系統控制前架4 根立柱上升，使頂梁與頂板充分接觸，如圖5d）。

第五步：降后架立柱。由液壓系統控制操縱閥完成后架4 根立柱收回并脫離頂板100 ～200mm，如圖5e）。

第六步：拉后架。后架前移需要以前架為輔助支撐點，由液壓系統控制操縱閥完成2 根推移千斤頂收回900mm，如圖5f）。

第七部：升后架立柱。液壓系統控制操縱閥完成后架4 根立柱上升，到頂梁與頂板充分接頂，達到初撐力階段。如圖5a）。通過以上7 步，支架完成了一個工作循環。

5 結語

吸能防沖巷道超前支架防沖主要體現在高強度、高支護、剛性防沖以及緩沖吸能讓位兩個方面。加強支護，提高支護強度，可以大幅度減少巷道沖擊載荷作用下圍巖的位移以及抵御常規開采造成圍巖擾動所產生的靜載荷下支架結構件不受破壞。用于沖擊地壓發生時，預折裂構件吸能裝置的塑形變形和多級不同流量的安全閥起到吸能緩沖作用，實現快速讓壓、讓位作用，防止巷道沖擊封閉變形。

該架型在彬長集團胡家河礦業有限公司401106 工作面，支護效果良好，有效地防止了巷道的底臌、冒頂、片幫等問題，有效地提高了巷道支護的可靠性、安全性。目前在周邊礦井孟村礦也進行了推廣使用，為具有沖擊地壓礦井兩巷道超前支護設備的應用推廣提供了借鑒意義，為煤礦開采提供了安全的作業環境。