大高差巷道支護(hù)機構(gòu)的研究

崔貝貝

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán) 金鼎公司，山西　晉城　048006)

1　大高差巷道支護(hù)機構(gòu)研究背景

井下采煤過程中經(jīng)常遇到巷道高度掘進(jìn)超高，而工作面回采高度正常，巷高和采高落差過大造成排頭架支護(hù)困難的問題。解決這一難題的傳統(tǒng)方法是采用加木垛的方式，但此方法不僅支護(hù)費時費力，而且安全性差。礦方也曾考慮另外采購幾架支護(hù)高度更高的排頭架以備大高差地質(zhì)條件時替換使用，但存在以下幾方面問題：

(1) 如果排頭架高度過高，則無法完成排頭架和中間架的側(cè)護(hù)搭接，容易漏矸，同時排頭架無法進(jìn)入工作面,不能與中間架順利過渡。

(2) 受運輸條件限制，如果排頭架高度過高，最低高度勢必增加，不能滿足下井運輸和安裝要求。

(3) 全部更換排頭架不但成本高，而且在巷道高度低時使用不便。

為解決井下采煤巷道部分位置高度過高，中間仍為正常采高，排頭架無法正常支護(hù)這一難題，本文對大高差巷道支護(hù)機構(gòu)進(jìn)行了研究。

2　大高差巷道支護(hù)機構(gòu)設(shè)計思路和方案

經(jīng)仔細(xì)分析研究，提出了如下設(shè)計思路和方案：

(1) 考慮到井下的運輸高度限制，以及不允許在頂梁上直接加焊結(jié)構(gòu)件，且巷道大部分位置都是正常采掘高度，所以加高裝置必須具備可拆卸性，且容易拆卸。

(2) 為保證排頭架能進(jìn)入工作面與中間架完成搭接，加高裝置需要具備液壓系統(tǒng)和活動側(cè)護(hù)板的功能，如圖1所示。

(3) 在大高差地質(zhì)條件時，將原支架頂梁的雙側(cè)活動側(cè)護(hù)板去掉，將支護(hù)機構(gòu)扣于頂梁之上，利用頂梁原有側(cè)護(hù)銷孔，通過8個銷軸將支護(hù)機構(gòu)與支架連接，借用側(cè)護(hù)板孔對支護(hù)機構(gòu)進(jìn)行上下和前后方向限位。

(4) 為了方便井下拆卸支護(hù)機構(gòu)，將支護(hù)機構(gòu)的固定側(cè)護(hù)板內(nèi)尺寸適當(dāng)加大，并留出一定的間隙?？紤]到安裝以后對支護(hù)機構(gòu)進(jìn)行左右限位，在支護(hù)機構(gòu)的固定側(cè)護(hù)板側(cè)開螺紋孔，通過螺栓對其進(jìn)行左右緊固，起到左右限位作用，如圖2所示。

(5) 對設(shè)計的大高差巷道支護(hù)機構(gòu)進(jìn)行強度校核和三維仿真，以確定支護(hù)機構(gòu)的實用性和可靠性。

圖1　大高差巷道支護(hù)機構(gòu)使用示意圖

圖2　大高差巷道支護(hù)機構(gòu)限位示意圖

應(yīng)用本支護(hù)機構(gòu)后，在大高差地質(zhì)條件下井下生產(chǎn)實際布架對比如圖3、圖4所示。

圖3　傳統(tǒng)方法布架形式

3　大高差巷道支護(hù)機構(gòu)的創(chuàng)新點

本大高差巷道支護(hù)機構(gòu)具有如下創(chuàng)新點：

(1) 充分利用支架原結(jié)構(gòu)，巧妙借助側(cè)護(hù)銷孔，使得安裝簡單可靠。

(2) 利用條件分離，巧妙解決三角留煤問題。

(3) 大大減少過渡架的數(shù)量，使得支架成本大幅度降低。

(4) 可以允許排頭架與中間架最大高度差可達(dá)1.8 m，使得液壓支架可以充分適應(yīng)井下各種復(fù)雜的地質(zhì)條件。

圖4　采用新支護(hù)機構(gòu)后布架形式

4　創(chuàng)造的效益及推廣應(yīng)用前景

井下采煤巷道部分位置過高無法正常支護(hù)在井下屬于經(jīng)常碰到的問題，通常礦方為此需要配備支護(hù)高度更高的過渡架進(jìn)行支護(hù)服務(wù)。一架3.8 m以上支護(hù)高度的支架造價約45萬元，而大高差巷道支護(hù)機構(gòu)的造價約12萬元，所以每替換一個支架可直接節(jié)省約33萬元。井下一個工作面至少需要3架至4架支護(hù)機構(gòu)，按4架考慮，預(yù)計可節(jié)省約132萬元。此外，利用本支護(hù)機構(gòu)，一定程度上還可以解決三角留煤問題，每個工作面其開采三角煤所獲經(jīng)濟(jì)效益約千萬以上。

本研究項目突破了大高差地質(zhì)條件下采掘難，無法支護(hù)這一難題，同時一定程度上解決了一直以來困擾礦方的三角留煤問題，可廣泛使用于巷道高度約4.2 m～5 m，中間正常回采高度3 m左右的各礦井，未來預(yù)計推廣前景良好。

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