整體頂梁懸移液壓支架在炮采工作面的應(yīng)用與分析

靳慶軍，郅富標(biāo)

(1.河南煤炭建設(shè)有限公司 450009;2.河南理工大學(xué)高職學(xué)院 454000)

引言

鄭煤集團(tuán)自1991年與院校、科研院所聯(lián)合對豫西“三軟”不穩(wěn)定煤層放頂煤采煤工藝進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，試驗(yàn)應(yīng)用一次采全厚綜采、炮采放頂煤工藝，特別是厚煤層中單體液壓支柱配鉸接頂梁或π型鋼梁炮采放頂煤方法，發(fā)展較快，采面產(chǎn)量大幅度提高，采面平均單產(chǎn)由分層開采時(shí)2萬噸提高到4萬噸，集團(tuán)公司由生產(chǎn)能力500萬噸一躍成為1000萬噸以上的煤炭生產(chǎn)基地。經(jīng)過十幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐，單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)形式炮采放頂煤產(chǎn)量已達(dá)極限，同時(shí)該種支護(hù)形式存在著穩(wěn)定性差，容易漏頂、冒頂、支柱鉆底、作業(yè)空間小、作業(yè)環(huán)境差等安全管理問題。為提高炮采工作面安全可靠性和采面單產(chǎn)水平，急須對炮采工作面支護(hù)形式進(jìn)行支護(hù)改革。通過對不同類型支護(hù)裝備的研究，決定采用ZH1600/16/24Z型整體頂梁組合懸移液壓支架對該礦區(qū)的煤層符合開采條件。

1.整體頂梁懸移液壓支架概述

1.1 支架型號說明

1.2 支架各結(jié)構(gòu)作用

頂梁:頂梁是一個(gè)長方形整體箱式結(jié)構(gòu)，其作用是支撐頂板。移架千斤頂及主管路系統(tǒng)安裝在頂梁內(nèi)，前側(cè)有伸縮梁或護(hù)幫翻轉(zhuǎn)梁。

托梁:托梁是一個(gè)方形的箱體結(jié)構(gòu)。分前、后兩個(gè)托梁，由托梁聯(lián)接桿將前、后兩個(gè)托梁相聯(lián)。用安全吊掛裝置將托梁安裝在頂梁下方的軌道槽內(nèi)，使其能沿著頂梁底面向前滑動。全工作面的支架，通過托梁套聯(lián)接為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)支架的整體穩(wěn)定性。當(dāng)任意一架支架準(zhǔn)備向前移動時(shí)，該支架的立柱被卸載并提起，這時(shí)頂梁落在托梁上，由托梁承載前移中的頂梁。支架托梁體內(nèi)裝有預(yù)壓裝置，即使支架不接頂，立柱也有一定的的支撐力，使其不會晃動。

擋矸板:擋矸板分上、下?lián)蹴钒鍍煞N，它的作用是阻止支架后方垮落物涌入工作面。

翻轉(zhuǎn)梁或伸縮梁:翻轉(zhuǎn)梁長400mm，是一個(gè)半箱體結(jié)構(gòu)，鉸接在頂梁的前方，通過翻轉(zhuǎn)千斤頂來帶動其翻轉(zhuǎn)并護(hù)頂;伸縮梁最大伸縮長度800mm，平時(shí)縮在頂梁里，由兩個(gè)伸縮油缸控制。

立柱:與頂梁鉸接，是支架的支撐部件，它通過頂梁承載頂板的壓力，同時(shí)通過擋矸板承受來自冒落區(qū)的壓力，防止冒落的矸石從支架后方竄入架間和工作面。

該支架標(biāo)準(zhǔn)配置為4根110缸徑的立柱。集中控制式立柱主要由活柱、缸體、導(dǎo)向套、底座、柱鞋、液控單向鎖、安全閥、密封件等零部件組成。

缸徑:125mm

柱徑:105mm(外注式)，95mm(集中控制式)

行程:800mm

支撐力:190～299KN(對應(yīng)泵站壓力20～31.5MPa)

提柱力:17～27KN(外注式)，48～76KN(集中控制式)

(對應(yīng)泵站壓力20～31.5MPa)

移架千斤頂:移架千斤頂是一雙作用式液壓缸，其缸底與頂梁前端鉸接，活塞桿與后托梁鉸接?；钊麠U伸出時(shí)推動頂梁前移，活塞桿收縮時(shí)拉動托梁前移。

缸徑:100mm

柱徑:70mm

行程:800mm

推力:157～247KN(對應(yīng)泵站壓力 20～31.5MPa)

拉力:81～126KN(對應(yīng)泵站壓力20～31.5MPa)

翻轉(zhuǎn)千斤頂:集中控制式炮采放頂煤支架有翻轉(zhuǎn)千斤頂，它是一個(gè)雙作用式液壓缸，其缸底與頂梁鉸接，活塞桿與護(hù)幫翻轉(zhuǎn)梁鉸接，由其活塞桿的伸縮來帶動護(hù)幫翻轉(zhuǎn)梁旋轉(zhuǎn)。

缸徑:63mm

柱徑:45mm

行程:240mm

推力:62～98kN(對應(yīng)泵站壓力20～31.5MPa)

拉力:30～48kN(對應(yīng)泵站壓力20～31.5MPa)

液壓管路系統(tǒng):液壓系統(tǒng)由流量大于80L/min、工作壓力為31.5Mpa以上的乳化液泵站、主管路、支管路、各種液壓閥、三通、直通、過濾器、注液槍等液壓元件組成。

2.整體頂梁懸移液壓支架在工作面的應(yīng)用

整體頂梁懸移液壓支架應(yīng)用在工作面后，制定符合實(shí)際應(yīng)用條件的回采工藝流程，并在回采中切實(shí)做到各項(xiàng)工作。制定的回采工藝流程如下:檢修——打眼注水——打眼爆破——采煤移架——放頂煤——移刮板運(yùn)輸機(jī)——交接班，圖1為炮采放頂煤支架工作面布置示意圖。

2.1 加強(qiáng)工作面機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的檢修

安排好采面生產(chǎn)與設(shè)備檢修關(guān)系，保證每天不少于2小時(shí)的設(shè)備檢修時(shí)間，提高機(jī)電設(shè)備的檢修質(zhì)量，降低設(shè)備事故率。

2.2 煤壁打眼注水

采煤工作面煤壁注水，必須嚴(yán)格執(zhí)行鄭煤集團(tuán)公司通〔2008〕第8號的規(guī)定，作業(yè)規(guī)程中有注水設(shè)計(jì)，現(xiàn)場做到逢采必注，不注不采，努力減少采面生產(chǎn)過程中粉塵的產(chǎn)生，預(yù)防煤塵、頂板事故。

2.3 打眼爆破

采煤工作面落煤要根據(jù)煤壁情況，采用爆破與手鎬落煤相結(jié)合方式。作業(yè)規(guī)程中必須有打眼爆破設(shè)計(jì)和制定安全技術(shù)措施;如果打碴回采，必須制定采碴爆破補(bǔ)充安全技術(shù)措施，特別要制定活柱、管路、伐組的保護(hù)措施。

2.4 懸移支架移架過程

炮后護(hù)頂(前伸翻轉(zhuǎn)梁或伸縮梁超前護(hù)頂)——收回翻轉(zhuǎn)梁(或伸縮梁)——提起前后四根立柱——前移頂梁及四柱——落四柱支撐頂梁——移托梁

圖1 炮采放頂煤支架工作面布置示意圖

采用整體前移式，特點(diǎn)是動作少、前移速度快，工作面坡度小于15°時(shí)按由上向下順序作業(yè)，大于15°時(shí)按由下向上順序作業(yè)，每節(jié)移第一架時(shí)對支架下側(cè)部位使用小徑木或板釬椽擋門，防止碴塊滾下傷人。

(1)放炮前每3m使用一根單體柱支撐托梁，使托梁與頂梁間距不超過規(guī)定，防止剪斷吊桿安全銷。

(2)放炮后伸出翻轉(zhuǎn)梁或伸縮梁超前護(hù)頂，在其掩護(hù)下采煤工手工落煤墻煤，刷出0.8m或1米的移架步距寬度。

(3)收回翻轉(zhuǎn)梁或伸縮梁。

(4)驗(yàn)收員拉出移梁線后，操作手柄提起前四根支柱，使柱跟脫離底板100mm。

(5)伸出移架千斤頂活塞，推動頂梁帶動四根立柱同時(shí)向前移動。

(6)頂梁移到位后，操作手柄落下四根支柱，使頂梁與頂板嚴(yán)密接觸約3－5秒，保證達(dá)到初撐力。

(7)待刮板運(yùn)輸機(jī)移過后，摘除托梁下的單體柱，移架千斤頂活塞收回，使托梁整體前移，恢復(fù)到炮前位置。

(8)將各操作手把扳到“零”位。

2.5 放頂煤

(1)懸移液壓支架前移過程中，部分頂煤從相鄰兩架支架側(cè)空隙放出，剩余頂煤自懸移液壓支架移過后從后擋矸板下放出。

(2)放頂煤順序:由機(jī)尾向機(jī)頭方向(由上而下)，若工作面坡度超過15°必須堅(jiān)持從上向下作業(yè)。

(3)移架時(shí)同時(shí)作業(yè)場不超過5個(gè)，并觀察瓦斯和設(shè)備運(yùn)行情況，防止瓦斯超限和壓死刮板運(yùn)輸機(jī)。

(4)移架時(shí)老塘側(cè)使用舊皮帶或椽子擋門，防止煤或大塊矸石竄入工作面。

(5)放頂煤時(shí)，必須兩人操作，一人放煤，一人觀山。

(6)放煤時(shí)，瓦檢工要密切觀察瓦斯變化情況，當(dāng)上尾巷瓦斯達(dá)到0.7%時(shí)，必須立即擋門，停止放煤，嚴(yán)禁瓦斯超限。待瓦斯小于0.5%后，才能繼續(xù)放頂煤。

(7)待移刮板輸送機(jī)后，清凈機(jī)道浮煤，同時(shí)清凈老塘側(cè)手把以下浮煤。

2.6 移刮板運(yùn)輸機(jī)

待當(dāng)班采煤段老塘煤放完，攉煤工把浮煤清干凈后，開始整體移當(dāng)班采煤段刮板運(yùn)輸機(jī)，移刮板運(yùn)輸機(jī)寬度為0.8m，刮板運(yùn)輸機(jī)彎度不得超過4°。

2.7 交接班

交接班時(shí)，必須跟班隊(duì)長與跟班隊(duì)長、工程質(zhì)量驗(yàn)收員與工程質(zhì)量驗(yàn)收員、同一節(jié)工作場人員之間及特殊工種人員之間交接班，交清問明事故隱患和注意事項(xiàng)。

3.應(yīng)用效果分析

經(jīng)過多年的使用及各個(gè)礦井之間進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，總結(jié)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:

3.1 安全可靠

因組合懸移支架頂梁是由兩根托梁連接在一起的，與π型鋼梁配單體液壓支柱支護(hù)和綜采支架相比，杜絕了頂板漏頂、冒頂、倒架、錯(cuò)架、背架等現(xiàn)象。

3.2 節(jié)約支護(hù)材料

因頂板護(hù)頂是由長3米寬1米的頂梁實(shí)現(xiàn)的，因此每年可節(jié)約大量的荊芭、椽子等材料費(fèi)。

3.3 提高單產(chǎn)和工效

采面單產(chǎn)與π型鋼梁配單體液壓支柱支護(hù)相比可提高25%，相同條件工作面作業(yè)人員可減少1/3。

3.4 降低勞動強(qiáng)度

由于移架、支護(hù)、推溜等工序全部實(shí)現(xiàn)液壓控制，工人只需操作控制閥組手把就可完成，因此大大降低了工人的體力。

3.5 提高了煤炭回收率

因組合懸移支架可實(shí)現(xiàn)連續(xù)放煤，沒有脊背損失，所以煤炭回收率較高。

3.6 改善作業(yè)環(huán)境

因組合懸移支架只有兩排支柱，比π型鋼梁配單體液壓支柱支護(hù)相比少一排支柱，工人作業(yè)空間增大。

經(jīng)測算，使用組合懸移支架工作面每年僅材料費(fèi)一項(xiàng)就可節(jié)約100余萬元，采面單產(chǎn)由原來4萬噸提高到5萬噸，提高了25%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。