桃園煤礦綜采工作面端頭及超前支架的應(yīng)用研究

張輝顧峰

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司桃園煤礦 安徽 宿州 234116）

1 中組煤綜采工作面地質(zhì)概況及端頭支架的應(yīng)用意義

桃園煤礦中組煤層（7煤、8煤）地質(zhì)條件較差，斷層、褶曲較為發(fā)育，煤層傾角較大，平均都在25°以上，局部達(dá)到38°，頂、底板均為泥巖，頂板破碎且頂板砂巖裂隙水和底板灰?guī)r水一旦進(jìn)入工作面，造成底板泥巖見水膨脹，煤層硬度（f）一般為3。

中組煤三軟煤層的特點(diǎn)給工作面管理帶來很大的困難，兩巷超前壓力顯現(xiàn)明顯。因此，為提高中組煤巷道支護(hù)質(zhì)量，桃園煤礦通過近幾年摸索和實(shí)踐，在中組煤工作面兩巷采用U型棚支護(hù)技術(shù)，并在局部巷道壓力大地段，采用錨索梁補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，減小工作面回采動(dòng)壓對(duì)超前巷道的支護(hù)破壞，但在工作面回采的過程中，兩巷超前40m礦壓顯現(xiàn)還是非常明顯，給超前抹帽替棚和超前支護(hù)帶來困難，造成超前巷道斷面小，往往采區(qū)要投入大量的人力、物力來滿足安全生產(chǎn)的需要。

為提高采煤工作面工作效率、減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減小超前壓力帶來的安全威脅，實(shí)現(xiàn)工作面安全回采，桃園煤礦與沈陽天安礦山機(jī)械科技有限公司共同研究開發(fā)端頭及超前支架，來支護(hù)工作面下端頭及超前巷道頂板。工程技術(shù)人員結(jié)合中組煤層的復(fù)雜地質(zhì)條件，根據(jù)巷道施工斷面及支護(hù)方式等技術(shù)參數(shù)，選擇ZTZ21000/17/32型端頭支架及ZTZ2×3600/16/32超前支架對(duì)工作面機(jī)巷進(jìn)行超前管理，并在安裝及使用過程中，對(duì)支架原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了局部修改、完善，使之更加適應(yīng)我礦中組煤特殊的地質(zhì)環(huán)境。

工作面機(jī)巷條件與支架的適應(yīng)條件進(jìn)行對(duì)比分析

2 支撐掩護(hù)式端頭、超前支架的結(jié)構(gòu)及工作原理

支撐掩護(hù)式端頭及超前支架總長(zhǎng)36m，主要功能是維護(hù)好巷道和回采工作面端頭處的頂板，協(xié)調(diào)該處排頭支架、工作面運(yùn)輸機(jī)、順槽轉(zhuǎn)載機(jī)的設(shè)備之間的位置和配套關(guān)系，除端頭支架能自移外，要為轉(zhuǎn)載機(jī)和運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭的移動(dòng)提供動(dòng)力。端頭及超前支架的本身具有防倒、調(diào)架或適應(yīng)工作面傾角變化的能力，能做到前梁伸入巷道，起一定的超前支護(hù)作用。

2.1 支撐掩護(hù)式端頭支架結(jié)構(gòu)

端頭支架主要有前梁、左右順梁、左右頂梁組體、左右掩護(hù)梁、前聯(lián)桿、后聯(lián)桿、左右前底座、左右后底座及推移座等部件所組成。該支架的頂梁是由前梁和主梁鉸接而成的，前梁較長(zhǎng)，由前排立柱支撐，承受巷道頂板壓力，減小頂板的下沉量，有效地維護(hù)巷道的頂板。

2.2 端頭支架工作原理

端頭支架用于支護(hù)工作面下出口處頂板，以及隔離采空區(qū)，防止矸石進(jìn)入工作區(qū)間，并能自動(dòng)前移。該支架每組由兩架結(jié)構(gòu)相同的支撐掩護(hù)式支架組成，兩架支架并列布置。端頭支架在工作過程中具備“升、降、推、移”四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的液壓缸體來實(shí)現(xiàn)完成的。

端頭支架設(shè)計(jì)時(shí)，一方面根據(jù)原始條件，另一方面要滿足使用上的要求，具體要求如下：

1）能有效地支控端頭頂板，做到安全可靠；

2）有足夠的工作空間，便于行人和通風(fēng)，并且能滿足采煤機(jī)自開缺口的要求；

3）有可靠的推移機(jī)構(gòu)，有足夠的推移力；

4）能便于順槽棚子的回收工作；

5）操作臺(tái)必須設(shè)置在安全地點(diǎn)，并且便于操作。

超前支架的結(jié)構(gòu)及工作原理與端頭支架相同，這里不再說明。

3 端頭及超前支架的技術(shù)改進(jìn)

3.1 拉架方式的改進(jìn)

桃園煤礦中組煤為三軟煤層，地壓顯現(xiàn)劇烈，巷道在設(shè)計(jì)時(shí)斷面相對(duì)較?。辉诨夭杀倍蓞^(qū)的及南三7煤工作面時(shí)，兩巷的超前管理嚴(yán)重制約著工作面的安全高效回采，機(jī)風(fēng)巷超前40米范圍的支護(hù)棚變形嚴(yán)重，抹帽替棚十分的困難，通風(fēng)斷面小，行人、通風(fēng)不暢。

為確保綜采工作面端頭及超前支架能夠在中組煤巷道內(nèi)正常使用，端頭及超前支架到礦后，針對(duì)7135工作面機(jī)巷支護(hù)及設(shè)備的實(shí)際情況，結(jié)合端頭支架的結(jié)構(gòu)及性能，對(duì)機(jī)巷內(nèi)的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行了調(diào)整，并對(duì)端頭支架推移裝置進(jìn)行改進(jìn)，確保巷道壓力增大時(shí)造成斷面小時(shí)，能夠安全順利拉移支架。

端頭支架為兩架一組，兩架對(duì)稱布置，與工作面及過渡支架配套使用，后部采用四連桿機(jī)構(gòu)，高度變化小，轉(zhuǎn)載機(jī)布置在兩組支架中間，兩組支架底座前各設(shè)置兩個(gè)內(nèi)徑為Ф230mm的浮動(dòng)活塞千斤頂，與轉(zhuǎn)載機(jī)的推移座連接，用來推移轉(zhuǎn)載機(jī)、拉移端頭支架（端頭支架拉移時(shí)，借助轉(zhuǎn)載破碎機(jī)自身的重量）。端頭支架結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)巷順槽設(shè)備要求：工作面運(yùn)輸機(jī)→機(jī)巷轉(zhuǎn)載機(jī)→機(jī)巷皮帶機(jī)，由于安裝轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)后，由于體積較大，對(duì)巷道尺寸要求較大，但中組煤巷道斷面在設(shè)計(jì)和實(shí)際回采時(shí)都很難得到保證，為了支架有足夠的拉降空間，對(duì)運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，增加一部代替轉(zhuǎn)載破碎機(jī)40T鏈板機(jī)，將轉(zhuǎn)載破碎機(jī)安裝在機(jī)巷外段，煤炭運(yùn)輸路線為：工作面運(yùn)輸機(jī)→40T鏈板機(jī)→皮帶機(jī)→轉(zhuǎn)載破碎機(jī)→皮帶機(jī)→采區(qū)大眼。使用40T鏈板機(jī)后，鏈板機(jī)的自身重量不能夠滿足端頭支架的移動(dòng)，這就需要改造端頭支架的支撐和推移點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)有效拉架。

推移底座改造示意圖（俯視）

底座改造焊接處放大示意圖（側(cè)視）

推移裝置的改進(jìn)。采用40T鏈板機(jī)運(yùn)輸，轉(zhuǎn)載機(jī)與支架的連接塊要去掉，端頭支架通過特殊加工的連接塊與超前支架連接。1）先加工鑄造好兩塊整體的連接塊，連接塊與支架底座的接觸面要留有一定的斜面；2）要將支架底座原有的與轉(zhuǎn)載破碎機(jī)連接處進(jìn)行切割，要確保切割面與連接塊相吻合；3）將鑄造好的連接塊與支架底座切割面進(jìn)行對(duì)接，在確保接觸面能夠完全吻合時(shí)，再使用焊接工藝將連接塊與支架底座焊接成一整體；4）連接塊與支架底座焊接后，為防止在使用過程中焊接點(diǎn)處脫焊，使用15mm厚鋼板再焊接點(diǎn)處補(bǔ)焊，以加固焊接點(diǎn)的穩(wěn)定性。

3.2 第二次對(duì)支架結(jié)構(gòu)的整體改進(jìn)

2012年8 月份，經(jīng)過四個(gè)月的試用，此套設(shè)備的缺陷逐漸顯現(xiàn)出來：1）由于支架長(zhǎng)度有六組，錯(cuò)步拉移速度慢；2）端頭支架上側(cè)板低，造成鏈板機(jī)與運(yùn)輸機(jī)的搭接不合理，運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭吐煤不暢，運(yùn)輸機(jī)一旦退縮到切眼內(nèi)，與鏈板機(jī)的距離加大，造成運(yùn)輸機(jī)拉回頭煤；3）由于工作面超前壓力大，端頭及超前支架多處鋼板變形；4）U型棚上下幫的側(cè)壓不一樣，且超前回棚時(shí)，又人為加劇兩幫壓力不均，造成超前及端頭支架歪斜。

由于以上原因，7煤工作面日產(chǎn)3～4刀，端頭支架操作制約了工作面的進(jìn)度，為此，經(jīng)礦研究，再進(jìn)行一次改造：拆除機(jī)巷上幫一組端頭及超前架，下幫一組移至巷中；經(jīng)過4個(gè)小班的緊張施工，拆除工作順利完成。9月份后，工作面的生產(chǎn)日漸提高，日產(chǎn)以達(dá)到6刀以上水平。

4 結(jié)束語

隨著綜采技術(shù)的發(fā)展,綜采工作面端頭頂板事故雖逐年減少，但綜采工作面事故率及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度仍居高不下，改善綜采工作面端頭及超前的支護(hù)狀況，實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效和提高安全程度顯得尤為重要，所以端頭及超前管理既是頂板維護(hù)的重點(diǎn)，又是頂板管理的難點(diǎn)。

此套支架已成功的在我礦7135工作面使用，強(qiáng)大的支撐力及支護(hù)強(qiáng)度，不僅克服了中組煤大地壓的問題，也平衡了巷道的側(cè)壓力，確保了工作面下出口巷道的通暢，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面機(jī)頭在困難條件下的安全、快速推進(jìn),為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為我礦10煤及中組煤機(jī)、風(fēng)巷端頭支護(hù)，提供了有力實(shí)踐證明，也為兄弟礦井類似綜采工作面提供了有價(jià)值的參考。