綜采放頂煤工作面超前支護(hù)式液壓支架的應(yīng)用及其效果

李　強(qiáng)

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司五礦，山西　陽(yáng)泉　045209）

引言

某煤礦主采煤層平均厚度為6.5m，呈串珠形態(tài)分布，巷道采用錨網(wǎng)支護(hù)矩形斷面，采用綜采放頂煤技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，沿底部長(zhǎng)臂方向掘進(jìn)。對(duì)工作面地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行勘察，可以發(fā)現(xiàn)距離煤層上方1.5m處，以及下方1.3m處，分布有結(jié)構(gòu)形態(tài)穩(wěn)定的夾石層，厚度分別為0.36m和0.42m。為保證工作面煤礦開(kāi)采的高效、安全進(jìn)行，決定采用超前支護(hù)式液壓支架對(duì)巷道進(jìn)行支撐，具體應(yīng)用過(guò)程和應(yīng)用效果總結(jié)如下。

1　綜采放頂煤工作面?zhèn)鹘y(tǒng)液壓支護(hù)方式的缺點(diǎn)

在綜采放頂煤工作面作業(yè)中，原有的井下巷道支護(hù)方式以單體液壓支架配合兀梁使用為主，雖然可以起到一定的支護(hù)作用，但是當(dāng)井下作業(yè)環(huán)境比較特殊時(shí)，便會(huì)暴露出很多問(wèn)題。首先，傳統(tǒng)液壓支架支護(hù)強(qiáng)度較低，無(wú)法滿足頂板壓力較大煤層的支護(hù)要求，并且單體支柱埋深較深，回撤難度較大。其次，作業(yè)效率較低，單體支柱回撤難度較大，往往需要耗費(fèi)較差時(shí)間，這就會(huì)影響工作面的順利推進(jìn)，煤炭開(kāi)采效率較低[1]。另外，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，支架移動(dòng)基本都是靠人力完成的，在持續(xù)作業(yè)過(guò)程中，要不斷移動(dòng)支架位置，需要耗費(fèi)大量人力。同時(shí)，成本較高，在設(shè)置、撤回單體液壓支架過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)椴僮魇д`造成損傷，再加上較大頂板壓力的影響，使得支架更換比較頻發(fā)，耗費(fèi)了大量資金。這些都是傳統(tǒng)液壓支架應(yīng)用過(guò)程中所暴露出的缺陷和不足。

2　綜采放頂煤工作面超前支護(hù)式液壓支架的應(yīng)用

超前支護(hù)式液壓支架是在傳統(tǒng)單體液壓支架配合兀梁進(jìn)行支護(hù)的方法基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，改變了傳統(tǒng)液壓支架固定特點(diǎn)的局限性，適應(yīng)矩形或位于超前支護(hù)段受壓由拱形變?yōu)榫匦涡杼媾锵锏乐ёo(hù)。圖1為一種新型的履帶式超前支護(hù)式液壓支架。

圖1　履帶式超前支護(hù)式液壓支架

2.1　支架組成

通過(guò)對(duì)井下環(huán)境及作業(yè)條件進(jìn)行調(diào)查、分析，該煤礦決定選用型號(hào)為ZT2×3200/16/32的超前支護(hù)式液壓支架，其主要組成包括金屬構(gòu)件、液壓系統(tǒng)兩部分，其中金屬構(gòu)件主要包括頂梁底座、前后連桿、掩護(hù)梁、中間梁和護(hù)壁板等，液壓系統(tǒng)主要是由立柱、移架千斤頂、放倒千斤頂、液壓控制元件、液壓輔助元件等幾部分組成[2]。

2.2　支架設(shè)置

超前支護(hù)式液壓支架的設(shè)置位置，選在綜采放頂煤工作面的上下出口處，利用兩邊立柱對(duì)其進(jìn)行掩護(hù)。同時(shí)，為提高支架的支護(hù)能力和支護(hù)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)更為理想的支護(hù)效果，在支架頂梁兩端的內(nèi)表面和外表面，都分別增設(shè)了一塊護(hù)頂板，并且沿支架頂梁中心線位置呈左右對(duì)稱分布，護(hù)頂板具有較強(qiáng)的適用能力，能夠滿足不同作業(yè)面巷道的支護(hù)需求，具有較強(qiáng)的載荷能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力較大頂板的良好支撐。

2.3　上出口支架設(shè)置

在作業(yè)面上出口處設(shè)置超前支護(hù)式液壓支架時(shí)，主要是對(duì)上順槽進(jìn)行分析。在該煤礦中，由4根推移千斤頂提供動(dòng)力，使支架呈互相推拉狀態(tài)，隨著開(kāi)采進(jìn)度向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的良好支撐。采用該方式設(shè)置超前支護(hù)式液壓支架，當(dāng)其使用性能良好，并且處于運(yùn)行過(guò)程中時(shí)，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)推移油缸的回收。在跟隨作業(yè)進(jìn)度移動(dòng)支架時(shí)，需要先將支架放置作業(yè)面地面上，這樣一來(lái)，下方的支架便會(huì)在推移油缸的驅(qū)動(dòng)作用下向前移動(dòng)。需要注意的是，要根據(jù)支架移動(dòng)需求，控制好其前移的距離，確保其移動(dòng)位置的合理性，才可使前支架上升至頂板位置，對(duì)其進(jìn)行支撐。當(dāng)前支架移動(dòng)到最佳位置后，后支架也需隨之做出調(diào)整，此時(shí)應(yīng)先收回推移油缸，以一個(gè)步距為標(biāo)準(zhǔn)，使后支架向前進(jìn)行移動(dòng)，然后再使后支架上移接觸頂板，發(fā)揮其支護(hù)作用[3]。

2.4　下出口支架設(shè)置

在將超前支護(hù)式液壓支架設(shè)置在下出口位置時(shí)，所采用的形式為轉(zhuǎn)載機(jī)中置式。實(shí)際操作過(guò)程中，先將推移千斤頂安裝在支架兩端，內(nèi)外兩側(cè)各有一根，呈對(duì)稱狀分布，再借助推移接頭，將其與轉(zhuǎn)載機(jī)連接到一起，此時(shí)，轉(zhuǎn)載機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)推移千斤頂，使支點(diǎn)位置發(fā)生變化，使整個(gè)支架系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)式液壓支架的前移，同時(shí)，還可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)移動(dòng)。當(dāng)支架處于工作狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)巷道頂板起到有力支撐，此時(shí)推移油缸可以隨時(shí)加以回收。根據(jù)作業(yè)面進(jìn)度向前移動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)時(shí)，推移油缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的工作方式會(huì)發(fā)生變化，活柱會(huì)被拉出，帶動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)前移。當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)到達(dá)合適位置時(shí)，使前支架下落至地面，做出相應(yīng)的位置調(diào)整，然后再上升至頂板位置，支撐頂板保持良好穩(wěn)定性，此時(shí)，便標(biāo)志著超前支護(hù)式液壓支架一次推移操作的完成。如果煤層對(duì)頂板施加的載荷較大，在推移支架時(shí)，應(yīng)采用帶壓移架方式，提高支架的整體支撐力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加理想的支護(hù)效果。

3　綜采放頂煤工作面超前支護(hù)式液壓支架的應(yīng)用效果

3.1　應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

將其應(yīng)用于綜采放頂煤工作面中，能夠根據(jù)煤礦開(kāi)采作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)自由移動(dòng)，不會(huì)對(duì)煤礦開(kāi)采進(jìn)度造成影響，井下作業(yè)效率加高，并且具有較高的支護(hù)強(qiáng)度，能夠?qū)ο锏榔鸬接辛Φ闹巫饔?，滿足頂板壓力較大煤層的支護(hù)需求，在推移支架過(guò)程中，圍巖結(jié)構(gòu)形態(tài)不會(huì)出現(xiàn)較大變化，避免了頂板事故的發(fā)生。同時(shí)，支架的機(jī)械化和自動(dòng)化水平較高，操作比較方便，僅用少量操作人員加以控制即可，減少了人力資源成本，還可以降低煤礦開(kāi)采人員的工作強(qiáng)度。另外，在支架設(shè)置、移動(dòng)過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，可長(zhǎng)期投入使用，能夠降低作業(yè)成本，經(jīng)初步估算得知，在使用超前支護(hù)式液壓支架后，該煤礦每年所節(jié)省的人力資源及材料資源成本大于在40萬(wàn)元左右。

3.2　存在問(wèn)題

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)超前支護(hù)式支架也存在一些問(wèn)題。第一，推移千斤頂以損壞，推移千斤頂鉸接頭間隙較小，只能在軸向垂直面上旋轉(zhuǎn)，在推移過(guò)程中，往往因?yàn)椴辉诮y(tǒng)一條之間上，而出現(xiàn)損壞問(wèn)題，所以，在實(shí)際使用時(shí)，可以將連接頭改為萬(wàn)向鉸接。第二，支架運(yùn)輸困難。超前支護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)和質(zhì)量較大，往往需要先進(jìn)行解體，在進(jìn)入巷道后再組裝到一起，影響了工作進(jìn)度，所以，在設(shè)計(jì)支架式，應(yīng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以減小其尺寸大小，并選用高強(qiáng)度鋼板，減輕質(zhì)量，方便支架運(yùn)輸。

4　結(jié)語(yǔ)

將超前支護(hù)式液壓支架應(yīng)用于綜采放頂煤工作面中，能夠改善傳統(tǒng)支護(hù)方式的眾多缺陷問(wèn)題，不僅可以提高支護(hù)強(qiáng)度和巷道安全性，而且還具有較高的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，提高了作業(yè)效率，降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還能節(jié)約大量人力成本和材料成本，經(jīng)濟(jì)效益良好。在綜采放頂煤工作面設(shè)置超前支護(hù)式液壓支架的時(shí)候，需要結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及組成，將各個(gè)部件進(jìn)行依次連接，并按照規(guī)范操作流程對(duì)其加以使用，才能發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更加理想的支護(hù)效果。

[1]馮云貴.超前支護(hù)式液壓支架在綜采放頂煤工作面的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2016（4）：51-52.

[2]李小沫.超前支護(hù)式液壓支架在綜采放頂煤工作面的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015（2）：160-161.

[3]盧強(qiáng).超前支護(hù)式液壓支架在綜采放頂煤工作面的試用[J].工程技術(shù)（文摘版），2016（6）：319.