中小型煤礦采煤支護(hù)裝備更新?lián)Q代研究

侯英樹

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714119

摘要：中國平煤神馬集團(tuán)許平煤業(yè)公司管轄的整合礦井，從地質(zhì)條件出發(fā)，結(jié)合礦井現(xiàn)狀和企業(yè)的資金情況，設(shè)計試用輕型拉桿垛式支架，具備機(jī)采和炮采兩種落煤方式，能保證支護(hù)、保證有效的通風(fēng)斷面、減輕井下勞動作業(yè)人數(shù)、減輕勞動強(qiáng)度、提高功效，充分解決許平煤業(yè)公司整合煤礦安全問題。

關(guān)鍵詞：中小煤礦；支護(hù)裝備；更新?lián)Q代；研究

河南省許平煤業(yè)有限公司（簡稱許平煤業(yè)公司）是中國平煤神馬集團(tuán)煤炭生產(chǎn)專業(yè)化管理公司，對所屬主體單位及整合煤礦進(jìn)行業(yè)務(wù)管理，近年來整合煤礦在采煤支護(hù)裝備上還很落后，這就急需一套適合整合煤礦的新型裝備，以保障整合煤礦的安全高效生產(chǎn)。

1 整合煤礦存在的問題及改造要求

1.1 生產(chǎn)系統(tǒng)及工藝存在問題

許平煤業(yè)公司管轄的整合礦井，存在以下共性問題：

（1）在建礦初期，缺乏資金投入，在技術(shù)改造上沒有達(dá)到規(guī)范，現(xiàn)有井口及巷道斷面小，提升能力低，生產(chǎn)裝備水平低，全面改造費(fèi)用高。

（2）許多完整井田被人為分割破壞，資源儲量小，單井生產(chǎn)能力弱，綜合開采程度低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

（3）目前上述類型的礦井井下采煤仍然采用單體支柱、滑移支架或整體頂梁組合支架作為支護(hù)頂板的炮采。

根據(jù)國家、省政府提升煤礦裝備水平規(guī)定的要求，以及集團(tuán)公司取消單體柱炮采的要求，如果在整合煤礦一刀切地實現(xiàn)綜合機(jī)械化開采，由于礦井井田面積小，煤層賦存不穩(wěn)定造成走向長度或工作面短，井下搬家頻繁，大型機(jī)械化很難實現(xiàn)，另一方面由于井口及現(xiàn)有巷道斷面尺寸小，體積大的設(shè)備不利于在這些礦井使用。因此，從許平煤業(yè)公司的地質(zhì)條件出發(fā)，結(jié)合礦井現(xiàn)狀和企業(yè)的資金情況，選擇能保證支護(hù)、保證有效的通風(fēng)斷面、減輕井下勞動作業(yè)人數(shù)、減輕勞動強(qiáng)度、提高功效的成套設(shè)備，充分解決許平煤業(yè)公司整合煤礦安全問題非常有必要，是勢在必行。

1.2 使用設(shè)備存在的問題

1.2.1 單體支柱

采用單體支柱，工藝落后、安全隱患大，易發(fā)生摧垮型、漏冒型冒頂事故。集團(tuán)公司已下發(fā)文件，淘汰單體住支護(hù)采煤工藝。

1.2.2 整體頂梁組合支架

公司有部分整合煤礦使用這種支架，由于整體頂梁組合支架是一個平行四邊形支撐力學(xué)機(jī)構(gòu)，支架易出現(xiàn)梁端前傾、前柱鉆底、支架卡別和老塘竄矸等現(xiàn)象，繼而會出現(xiàn)機(jī)道片幫、漏頂問題，不能為采煤機(jī)、刮板機(jī)提供移動支撐點。

針對上述存在的問題，對整合煤礦進(jìn)行現(xiàn)場考察，研究解決問題的方法，對新支架及工藝提出以下要求：

主導(dǎo)思想：地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，設(shè)計試用輕型拉桿垛式支架，根據(jù)情況，具備機(jī)采和炮采兩種落煤方式。炮采時，能做到裝煤、移溜、放煤機(jī)械化，提高工效1.52倍。

（1）前期炮采后期機(jī)采，支架機(jī)炮兩用。

（2）解決現(xiàn)有組合支架扎底，仰采、俯采、大傾角、三軟等特殊地質(zhì)條件下不穩(wěn)定、易倒架現(xiàn)象，提高安全性。

（3）解決中小型礦井煤層變化大、工作面短的開采工藝技術(shù)，提高煤礦整體資源回收率，解決資源浪費(fèi)問題。

（4）解決由于過去采煤方法落后遺留在井下殘存煤柱的回收，提高資源利用率問題。

（5）解決懸移支架開采鋪網(wǎng)、鋪荊芭輔助材料用量大、成本高的問題。

（6）解決快速移架，加快推進(jìn)速度，提高生產(chǎn)效率問題。

（7）解決炮采快速裝煤，減輕工人勞動強(qiáng)度問題。

（8）解決刮板輸送機(jī)快速移動，減輕工人勞動強(qiáng)度問題。

（9）解決本地區(qū)現(xiàn)有組合支架升級問題。

實現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)和管理目標(biāo)：

（1）工作面推進(jìn)速度提高50%以上。

（2）工作面產(chǎn)量提高50%以上。

（3）工作面直接參與勞動人數(shù)：現(xiàn)有人員降低20%左右，實現(xiàn)減員增效。

（4）工作面輔助材料：鋪網(wǎng)、鋪荊芭輔助材料降低50%左右。

2 開采工藝技術(shù)方案與液壓支架選型

2.1 選型原則

影響液壓支架選型的主要因素有頂板（直接頂、老頂）和底板巖性，煤層可采厚度，煤層傾角，煤層瓦斯含量等。支架選型遵循4個原則：

（1）支護(hù)強(qiáng)度與工作面礦壓相適應(yīng)。

（2）支架架型結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相適應(yīng)。

（3）與底板的比壓與底板的抗壓強(qiáng)度相適應(yīng)。

（4）支架通風(fēng)斷面與工作面通風(fēng)要求相適應(yīng)。

2.2 不建議使用架型

對于軟底和不宜冒落切頂?shù)牡刭|(zhì)條件，特別是四連桿支架要慎用。四連桿掩護(hù)梁過長，支架過長，合力作用點靠前。兩柱掩護(hù)式支架底座前端比壓大，支架扎底，不適合軟底板，掩護(hù)梁托矸，切頂能力弱，頂板不及時充填，切頂線前移，壓力大，支架成高射炮。

2.3 工作面設(shè)計

2.3.1 工作面回采方向及超前關(guān)系

工作面布置在采區(qū)內(nèi)采用前進(jìn)式，回采工作面采用后退式開采。

2.3.2 工作面長度

工作面的產(chǎn)量和效率是隨著工作面長度的增加而提高，加大工作面長度不僅減少了準(zhǔn)備和回采的工程量，而且也相對減少了端頭、進(jìn)刀等輔助作業(yè)時間，保證工作面高產(chǎn)高效，為保證通風(fēng)和行人安全需要，工作面長度不宜過大。工作面的長度選取除了考慮通風(fēng)、行人外，還要考慮煤層的發(fā)火和水及底板狀況，對于發(fā)火期較短的煤層和底板較軟、水大的煤層，為便于管理，工作面不宜過長，一般選取在100米為較好，便于管理。

推進(jìn)長度的提高，減少了搬家倒面次數(shù)，為工作面連續(xù)穩(wěn)定高產(chǎn)創(chuàng)造了條件。合理確定工作面推進(jìn)長度。

2.4 選用垛式拉桿支撐式支架

液壓拉桿垛式系列“機(jī)炮”兩用拉桿垛式液壓支架，它是介于綜采液壓支架和托梁式整體頂梁支架之間的一種煤礦井下支護(hù)，設(shè)備的主要作用是維護(hù)采煤工作面頂板，并隔離采空區(qū)，為采煤機(jī)和輸送機(jī)的操縱人員提供安全的工作空間，并能推動工作面輸送機(jī)向煤壁方向移動，同時還可以以輸送機(jī)為支點，實現(xiàn)液壓支架的自移，從而實現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤，支架優(yōu)點如下：

（1）拉桿垛式液壓支架是在總結(jié)現(xiàn)有整體頂梁組合支架和掩護(hù)式液壓支架經(jīng)驗基礎(chǔ)上發(fā)明的，克服了現(xiàn)有組合支架頭重腳輕不穩(wěn)定的不足，可以機(jī)采也可以炮采，滿足國家機(jī)械化開采要求。

（2）支架結(jié)構(gòu)簡單，投資少，適應(yīng)多種地質(zhì)條件，使用過程中它具有整體頂梁支架小巧的靈活方便性，又具有綜采支架推溜移架自身的穩(wěn)定性的可靠性特點，可以實現(xiàn)機(jī)械化采煤。

（3）“兩薄”設(shè)計，即頂梁前端薄和底座前端薄，確保人行通道的暢通。

（4）“雙通道”設(shè)計，既保留現(xiàn)有兩柱四連桿支柱前段行人特點，同時吸取垛式支架支撐的特點，通風(fēng)斷面大，更有利于高瓦斯煤層開采和高瓦斯解放層開采使用。（前柱前可行人，當(dāng)煤層突出，兩柱之間可行人）。

（5）“雙小”設(shè)計，保留組合支架架型小，安裝搬家運(yùn)輸方便的特點，實現(xiàn)小支柱高支護(hù)強(qiáng)度的特點。

（6）“雙工藝”設(shè)計，支架既可以炮采也可以機(jī)械化開采。

（7）采用垛式結(jié)構(gòu)，沒有掩護(hù)梁切頂效果好，頂板冒落對支架影響小，更適應(yīng)大傾角開采。

（8）采用普通正裝千斤頂、短推桿的推移機(jī)構(gòu)。

（9）支架采用拉桿機(jī)構(gòu)，解決了支架低頭問題，結(jié)構(gòu)簡單安全可靠。

（10）底座采用封底結(jié)構(gòu)，滿足三軟條件。

（11）放炮后，刮板機(jī)在推移油缸作用下裝煤，工人勞動強(qiáng)度低，效率高，在同等條件下生產(chǎn)效率是現(xiàn)有組合支架的35倍，產(chǎn)量提高25倍。

3 架型比較

（1）根據(jù)我國現(xiàn)有薄煤層機(jī)械化開采技術(shù)，采用全部電牽引自動化開采投入較大，采用普通機(jī)械化開采，特別是煤層傾角較大的條件下，工作面采煤機(jī)設(shè)備的安裝、拆除、回撤及日常割煤的操作與維護(hù)受空間的影響，往復(fù)式跟機(jī)作業(yè)困難，對管理技術(shù)要求較高，中小型礦井建議采用炮采更便于管理。

（2）組合支架由于受托梁的影響行人空間過低，建議采用垛式拉桿支撐支架。

（3）組合支架是采用四根支柱支撐在頂梁上不穩(wěn)定，不能抗頂板來壓產(chǎn)生的水平力，不能有效的控制頂板，支架不穩(wěn)定易造成井下冒頂事故，對頂板適應(yīng)性差，特別是傾斜工作面容易倒架，垛式拉桿支撐支架克服了其不足。

（4）組合支架是采用炮采人工鐵鍬裝煤，工人勞動強(qiáng)度高，垛式拉桿支撐支架采用推溜液壓裝煤技術(shù)，放炮后采用支架推移刮板輸送機(jī)裝煤，工人勞動強(qiáng)度低，裝煤效率高等優(yōu)點，這是組合支架不具備的。

（5）組合支架是采用全工作面整體移動，移架速度慢不能及時支護(hù)，拉桿垛式支撐支架采用單架獨立控制系統(tǒng)，其操作和綜采支架一樣整體拉架，移架速度快、穩(wěn)定、效率高。

（6）組合支架由于受托梁的影響，上下行程小，對頂板適應(yīng)性差。

（7）組合支架由于托梁的限制，在實際使用過程中是等勁，主動控制頂板能力差。

（8）組合支架采用支柱直接與底板接觸，支架容易扎底，主動控制頂板能力更差，由于頭重腳輕引發(fā)咬架倒架。

（9）兩柱掩護(hù)式支架重量大，前端比壓大，不適合軟底。

（10）兩柱掩護(hù)式支架切頂能力弱，不利于后部充填冒落，同時有效通風(fēng)斷面小。

4 結(jié)論

垛式拉桿支撐支架是介于綜采液壓支架和托梁式整體頂梁支架之間的一種煤礦井下支護(hù)。

（1）支架成功的解決了現(xiàn)有組合支架頭重腳輕、不適應(yīng)三軟煤層、傾角大煤層、倒架咬架不足，適應(yīng)多種地質(zhì)條件。

（2）支架在使用過程采用推溜液壓裝煤技術(shù)，裝煤效率高，工人勞動強(qiáng)度低。

（3）支架具有整體頂梁支架部件小巧靈活方便性，又具有綜采支架推溜移架自身的穩(wěn)定性、可靠性，支架可以機(jī)采也可以炮采，結(jié)構(gòu)簡單，投資少，維護(hù)費(fèi)用低。

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