抬棚支架在沿空留巷支護中的應用

毋學軍　馬新毅

摘 要：目前國內(nèi)煤礦開拓采煤工作面時，需要留有一定的煤柱，以承受采空區(qū)頂板的壓力，這樣的煤柱寬度在30m左右，使之無法開采，如水平開拓工作面時，需要間隔煤柱再開拓一個上下巷道，需要投入大量資金并造成煤炭資源大量浪費，隨著切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在國內(nèi)許多煤礦的應用，需在采空區(qū)預留一個上或下巷道，無須煤柱，既能將煤柱開采，又能省去再建一個巷道，為有效提高開采率和減少投入奠定良好基礎。

在焦作礦區(qū)，其為趙固一礦、古漢山礦的兩個工作面做了“沿空留巷”設計。其中對“沿空留巷”的支護設計了的抬棚支架，并在上述兩個礦井支護得到了應用。起到了良好效果。

關(guān)鍵詞：支架；安裝沿空留巷；液壓；效率

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A

0.引言

隨著國內(nèi)煤礦資源的枯竭，尤其是焦煤許多年代久遠的煤礦地下煤炭的儲存逐漸下降，怎樣更大開采率的提高，減少資源的浪費，為此，我們與中國礦大合作采用“切頂卸壓沿空留巷”新技術(shù)，對開采的采煤工作面回采時，采用“切頂卸壓沿空留巷”技術(shù)，對采空區(qū)的運輸巷道進行預留，為保證預留巷道的頂板的穩(wěn)定性，除了切頂卸壓技術(shù)外，對采空區(qū)的預留巷道的支護設備及在巷道中的排布進行設計和規(guī)劃；首先是設計ZJ4300/20/38的抬棚支架，此支架既能滿足采空區(qū)200m的頂板來壓的沖擊，又能滿足支架移架和結(jié)構(gòu)合理、輕巧的特點。

為此，通過我們大量的探討和對井下現(xiàn)場實際情況的調(diào)查，設計出具有滿足支護條件和移架方便的抬棚支架，大大提高組裝移架效率和安全性，為煤礦生產(chǎn)打下了良好的基礎。

1. ZJ4300/20/38的抬棚支架的結(jié)構(gòu)

ZJ4300/20/38的抬棚支架由底座、頂梁、立柱、液壓控制系統(tǒng)組成；立柱與底座和頂梁連接采用球形加定位及銷軸連接，首先，立柱與底座連接，在保證立柱在升降過程中，支架重心始終在底座上，保證了支架的穩(wěn)定性并增加立柱定位裝置，為保證支架在巷道的支護效果，頂梁的擺動角度（左右、前后）在0～10°；為了滿足焦煤正在使用8600支架，立柱完全按照φ280立柱的外形尺寸連接，已達到互換作用；由于底座和頂梁的比壓較高，從底座和頂梁結(jié)構(gòu)設計，增加其強度，增加了底座和頂梁立筋數(shù)量及板厚，所有材料采用Q460高強度板材，液壓控制操縱閥（3+1）采用200L/mm流量，每一片閥控制一根立柱，可有效調(diào)節(jié)兩根立柱升降不同步的問題；增加了進液球形截止閥，保證了各支架的獨立性又能將各支架主進液并聯(lián)，互不干涉。為了支架在升降和移架時，保證支架的穩(wěn)定性，專門設計了支架升降和移架的防倒裝置，此裝置臨時可拆卸，結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定性好、拆卸方便等優(yōu)點，如圖1所示。

（1）支架頂梁結(jié)構(gòu)

支架頂梁采用框架式焊接形式，為了減少頂梁的重量，所有材料采用Q460；其目的是增加頂梁的強度，降低板材的厚度（重量），為了有效增加支護面積頂梁長度為2600mm；寬度500mm，頂梁內(nèi)鑲嵌有球形柱窩與立柱的球形接頭連接，使得頂梁可在前后、左右可以擺動，有效避免頂梁與立柱相互干渉的問題，使之更加靈活、有效滿足支護需要，連接銷軸采用30CrTi并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，使得銷軸的綜合機械性能大幅度提高。

（2）支架底座結(jié)構(gòu)

支架頂梁采用框架式焊接形式，所有材料采用Q460；底座柱窩同樣采用球形與立柱底座連接，使之形成萬向節(jié)形式，立柱固定方式采用兩側(cè)壓塊形式，可沿著順長方向上下擺動，可有效保護立柱油缸不受損壞，為了保證立柱在井下使用中的穩(wěn)定性，底座高度增加到500mm左右，并通過螺栓連接兩塊活動壓板與底座連為一體，卡在立柱油缸的外徑，以防止立柱在擺動過程中的不穩(wěn)定，底座底板前后采用船式，目的在于支架移動時減小推進的阻力，為加強底座的強度，框架式底座順長均采用35mm厚度的通立筋并加有橫向隔斷，底座柱窩采用鑄造30CrMnTi材料，耐沖擊、耐壓等優(yōu)點。

（3）支架液壓系統(tǒng)的組成

抬棚支架按照采空留巷順長布置，液壓的動力源采用流量200L/min；壓力為31.5MPa的乳化液泵站提供；抬棚支架每架上有兩根φ280的雙伸縮立柱，主要液壓附件有：操縱閥（3+1）、液控單向閥、平面截止閥38/13（φ38回液口、φ13進液口）、高壓膠管等輔助接頭、三通。操縱閥配有防誤操作機構(gòu)；每個操縱閥單獨操作單根立柱，具體布置：首先是通過乳化液泵站引出的φ13高壓膠管通過每臺支架的平面截止閥38/13串聯(lián)在一起，再通過φ13高壓膠管連在每架操縱閥的進液孔后，通過操縱閥分別連接在每架支架的兩根立柱進（回）口，并通過操縱閥分別操作立柱的升降，達到支架的工作要求。

2. ZJ4300/20/38的抬棚支架的工作原理

（1）支架的升架

開啟乳化液泵站，將泵壓力調(diào)至為31.5MPa，打開本架的平面截止閥上開關(guān)，同時操作兩個操作閥（通往立柱下腔）的位置，帶壓的乳化液通過安裝在立柱上的液控單向閥進入立柱的下腔，立柱升起，立柱上上腔的液體通過操縱閥的回液口進入平面截止閥φ38管口，流回乳化液泵站，當壓力達到技術(shù)要求時（每個立柱均有隔爆防震壓力表），操縱閥手柄回到中位，停止供液，此支架支護程序結(jié)束，在進行下一個支架的操作，依次類推將所需的支架完全達到支護要求為止。每根立柱安裝有安全閥，當頂板壓力達到支架規(guī)定的工作阻力時，安全閥自動打開卸載，以保護立柱和支架結(jié)構(gòu)件不受損壞。

（2）支架的降架

同樣開啟乳化液泵站，將操縱閥打至回液位置，帶壓的乳化液通過操縱閥進入兩個立柱的上腔并通過液控單向閥打開立柱下腔，使得下腔的液體通過液控單向閥和操縱閥回到系統(tǒng)的主回液管，支架逐步下降，達到要求位置。

注意：在支架升架或降架時，如果兩根立柱上升或下降速度不一時，應操作操縱閥的手柄，減小速度快的立柱操縱閥，使之盡量達到同步上升或下降，避免不同步損壞其他零部件。

3. ZJ4300/20/38的抬棚支架的在巷道的布置

依據(jù)切頂卸壓留空巷道的技術(shù)要求，抬棚支架安裝布置在靠近采空區(qū)塌落一側(cè)，因為采空區(qū)矸石塌落后，沒有支撐點，造成此處的壓力較大，需要在采空區(qū)留巷支護大約200m左右，需要較多的支架頭尾相接，形成一個長200m的支護區(qū)域，當切頂卸壓后，隨著工作面向前推移，將最后一架支架拆下，移至整個支架系統(tǒng)的前端，以此類推工作面推進，支架不斷遷移，直至此工作面采完為止，最終形成一個完整預留巷道，為下一個工作面的開拓打下良好基礎，如圖2所示。

結(jié)語

通過設計的抬棚支架在焦煤集團井下使用，有效解決了切頂留空巷在焦煤應用時對支護要求的難題，具有安裝方便，操作簡單，支架的安裝具有獨特的優(yōu)點，對較復雜工況條件下，滿足大傾角，大阻力的作用，支護強度達到3.4MPa，使得支架壽命和強度得到保障，由此可見，此支架屬于非標特定產(chǎn)品，對于不同煤礦井下地質(zhì)條件，對于同類支護具有使用范圍廣，適應性強。價格低、安裝輕便等優(yōu)點，推廣此抬棚支架應用于切頂卸壓留空巷的支護產(chǎn)生的較高的經(jīng)濟價值；為此，此設備具有廣泛的推廣使用價值。

參考文獻

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