超前支護(hù)支架的研制與應(yīng)用

陳桃杯，趙光明

（山西晉煤集團(tuán) 金鼎煤機(jī)礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

0 引言

國(guó)內(nèi)外對(duì)超前支護(hù)液壓支架的研究開(kāi)發(fā)起步較晚，隨著我國(guó)近幾年大型礦井的不斷增多，煤礦綜采安全和高產(chǎn)高效越來(lái)越得到重視，極大地促進(jìn)了超前支護(hù)液壓支架的研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的高產(chǎn)、高效、安全自動(dòng)化的穩(wěn)定生產(chǎn)。

綜采工作面端頭雖然占用面積不大，但端頭區(qū)是巷道和綜采工作面的交匯處，無(wú)立柱支護(hù)空間大，受采動(dòng)影響大，礦壓顯現(xiàn)復(fù)雜，所以端頭既是頂板維護(hù)的重點(diǎn)，又是頂板管理的難點(diǎn)。規(guī)程要求工作面兩側(cè)順槽20m范圍內(nèi)必須進(jìn)行超前支護(hù)，在軟煤層、頂板不穩(wěn)定、特殊地質(zhì)條件時(shí)此范圍還需延長(zhǎng)到50m左右。傳統(tǒng)的綜合機(jī)械化采煤工作面兩側(cè)順槽超前支護(hù)主要以單體液壓支柱配合梁體進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，但是這種超前支護(hù)具有支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、安全性差等缺點(diǎn)。隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，與采面液壓支架效能相比，采面端頭支護(hù)落后的矛盾越來(lái)越突出，特別是一次采全高工作面順槽斷面高度可達(dá)到4m～5m，單體支柱難以有效地進(jìn)行超前支護(hù)，且不符合煤礦安全規(guī)程要求。例如在趙莊煤業(yè)有的順槽巷道高5m以上，單體支柱支護(hù)困難，移動(dòng)單體柱需要幾個(gè)人，而且隨著巷道高度的增大，單體柱傾倒、折斷的威脅性也不斷提高。采用超前支護(hù)支架代替?zhèn)鹘y(tǒng)單體柱支護(hù)能滿(mǎn)足采煤工作面超前支護(hù)距離、支護(hù)強(qiáng)度及安全間隙，并且使用快捷方便、安全通道順暢、通風(fēng)斷面大，有利于工作面快速推進(jìn)。目前已有多種類(lèi)型超前支架，如懸移式、滑移式、跨騎式等等，但超前支架存在支護(hù)阻力較小，對(duì)井下條件適應(yīng)性差，而且適應(yīng)大斷面巷道的架型極少，特別是運(yùn)輸巷超前支架研制困難，使用較少，因此研制新型超前支護(hù)已是迫在眉睫的問(wèn)題。

1 超前支護(hù)設(shè)計(jì)方案

本超前支架分為機(jī)尾超前支架組和機(jī)頭超前支架組。

機(jī)尾超前支架組由3架超前支護(hù)支架及支架之間的連接件組成。每架超前支架由左、右兩部分通過(guò)頂梁、底座鉸接耳鉸接為一個(gè)整體，超前支架鉸接后寬2 m，左、右部分都包括頂梁、掩護(hù)梁、上下連桿、底座、前梁等，每個(gè)操縱閥位上方裝有側(cè)護(hù)板，提供安全操作空間。超前支架還裝有單軌吊，作為輔助運(yùn)輸工具，單軌吊由水平伸縮千斤和垂直起吊千斤調(diào)節(jié)位置，保證單軌吊使用時(shí)處在合適位置。

機(jī)頭超前支架由3組超前支護(hù)支架及支架之間的連接件組成。超前支架左、右部分間留有1.6m間距，使轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)能通過(guò)。第一組超前支架通過(guò)頂防倒千斤鉸接在一起，頂防倒千斤主要起防倒作用，底部裝有底調(diào)千斤用于調(diào)整支架位置。第二組超前支架與第一組超前支架一樣，通過(guò)頂防倒千斤鉸接在一起，此外支架前部連接有轉(zhuǎn)載千斤，可拉移轉(zhuǎn)載機(jī)，后部還通過(guò)底防倒千斤鉸接在一起。第三組超前支架通過(guò)頂、底防倒千斤鉸接在一起，有較強(qiáng)調(diào)架、導(dǎo)向能力，避免支架與轉(zhuǎn)載機(jī)干涉。

2 超前支護(hù)的使用條件

本支架運(yùn)用于回采工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷的超前支護(hù)，適應(yīng)巷道的傾角小于15°，巷道寬4m～5m、高4 m～5m的大斷面順槽。

3 超前支護(hù)的技術(shù)參數(shù)

超前支護(hù)的技術(shù)參數(shù)如下：

支架型式： 超前支護(hù)液壓支架；

高 度（mm）： 2 400／5 200（最低／最高）；

寬 度 （mm）： 800；

單架支護(hù)長(zhǎng)度（mm）： 6 800；

初撐力（kN）： 5 232；

工作阻力（kN）： 6 000；

底板比壓（平均）（MPa）：0.96；

泵站壓力（MPa）： 31.5。

4 超前支架操作規(guī)程

該超前支護(hù)液壓支架井下采用3組進(jìn)行超前支護(hù)，支護(hù)時(shí)超前支護(hù)支架擺放方向與工作面液壓支架前進(jìn)方向相反。支架前推移點(diǎn)間距保持6.8m，總支護(hù)距離不小于20m。機(jī)尾超前支架采用整體移動(dòng)，其行走方式為：隨著工作面的前移，第一組支撐單元收前梁，降架200mm～400mm，推移千斤伸出，升架達(dá)到初撐力，展開(kāi)前梁，完成一組的移動(dòng)，后面每組支撐單元分別重復(fù)第一組支撐單元的步驟；到第三組支撐單元到達(dá)原第二組支撐單元的位置時(shí)，完成一個(gè)步距的行走。前梁和側(cè)護(hù)板主要起防護(hù)作用，超前支架行走方向可通過(guò)兩個(gè)推移千斤伸縮量調(diào)整。機(jī)頭超前支架可采用左右邁步式前進(jìn)，即左支右移，或右支左移，邁步距離最大可達(dá)到1 200mm左右。機(jī)頭超前支架第一架（工作面?zhèn)龋┖偷诙懿捎美埽ㄓ欣趯?dǎo)向）；第三架采用推架，先移第三架，第二、三架移架后拉轉(zhuǎn)載機(jī)，然后拉第一架。支架主要通過(guò)底防倒千斤和底調(diào)千斤調(diào)節(jié)支架位置。

5 超前支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

超前支護(hù)支架每架由相互獨(dú)立的左架、右架連接而成，便于運(yùn)輸、安裝、維護(hù)。該超前支架支護(hù)高度大，可達(dá)到5.2m；重量輕，左、右部分重量小于12t，單件重量小于5t；結(jié)構(gòu)尺寸小，單件寬度、高度均小于1.2 m；移架步距大，可達(dá)1.6m；運(yùn)輸高度低，支架整體高度可降到2m。每臺(tái)支架均設(shè)四連桿機(jī)構(gòu)和防倒機(jī)構(gòu)，保證超前支架的穩(wěn)定性。每組初撐力小，工作阻力大，達(dá)到6 000kN，可減少對(duì)頂板擾動(dòng)，同時(shí)提高支護(hù)強(qiáng)度。

超前支護(hù)液壓支架可多架連接，支護(hù)長(zhǎng)度增加容易。前后架頂梁、底座間不直接連接，增強(qiáng)了對(duì)頂、底板不平整的適應(yīng)。支架底座設(shè)計(jì)成船型結(jié)構(gòu)，移架阻力小，不扎底。移架速度快，單架移動(dòng)時(shí)間小于1 min。超前支架行走的方向、位置調(diào)節(jié)方便。支架在巷道布置后留有較大的通道，便于行人和運(yùn)輸物料。運(yùn)輸巷超前支架可以和破碎機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載、破碎機(jī)自移動(dòng)。

超前支護(hù)液壓支架提高了工作面端頭及其巷道支護(hù)的安全可靠性，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，解除了超高單體柱倒柱、折斷威脅，具有較高的安全性。

超前支護(hù)液壓支架實(shí)現(xiàn)了支護(hù)機(jī)械化，提高了工作面推進(jìn)速度，減少了因處理端頭影響工作面割煤的時(shí)間，同時(shí)端頭支護(hù)工勞動(dòng)消耗可降低10%左右，可創(chuàng)造利潤(rùn)600萬(wàn)元。節(jié)約材料費(fèi)用包括可省板梁、柱鞋費(fèi)用300萬(wàn)元。

6 超前支護(hù)實(shí)施效果

2011年由晉煤集團(tuán)金鼎公司設(shè)計(jì)制造的二代超前支護(hù)支架進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)。試驗(yàn)單位為晉煤集團(tuán)趙莊二號(hào)井、金鼎公司，試驗(yàn)地點(diǎn)為晉煤集團(tuán)趙莊二號(hào)井3＃煤1305工作面順槽。超前支架在井下進(jìn)行了支護(hù)、行走試驗(yàn)，支架進(jìn)行了升降、推移、側(cè)移、支護(hù)等動(dòng)作，驗(yàn)證了支架對(duì)巷道的適應(yīng)性，考察了對(duì)頂板、錨桿支護(hù)、通風(fēng)的影響。結(jié)果表明超前支護(hù)支架能夠適應(yīng)頂?shù)装逵衅鸱臓顩r，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠滿(mǎn)足巷道的超前支護(hù)要求。CZ6000超前支護(hù)支架替代了傳統(tǒng)的單體液壓支柱聯(lián)合木梁的超前支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面超前支護(hù)作業(yè)的機(jī)械化，且能夠很好地滿(mǎn)足中小型礦井立井下井、安裝運(yùn)輸?shù)囊?，有利于減少工人繁重的體力勞動(dòng)，提高端頭支護(hù)的安全性。

該產(chǎn)品已在趙莊二號(hào)井使用，并為長(zhǎng)平公司、成莊礦設(shè)計(jì)制造同類(lèi)超前支架，得到了用戶(hù)好評(píng)。在今后幾年內(nèi)，隨著井下采掘機(jī)械化不斷提高，其將成為高產(chǎn)高效礦井的必要裝備。