綜采超前無反復(fù)支撐門式支架的研制與應(yīng)用

白永昱

(晉能控股集團(tuán) 忻州窯礦，山西 大同 037003)

塔山礦特厚煤層綜放開采過程中，在采場及超前支承壓力的作用下，兩巷超前段礦山壓力顯現(xiàn)劇烈，特別是臨空巷道，原設(shè)計斷面為高×寬=3.7 m×5.2 m，受壓變形后，頂?shù)装逡平吭?.3～1.2 m，兩幫移近量在0.2～0.8 m。傳統(tǒng)的臨空巷超前支護(hù)采用“三梁三柱”的單體柱+花梁形式，在超前50 m范圍布置3排單體柱，共計126根。但使用單體柱也存在一些問題：第一，由于單體柱的支護(hù)強度較低，在超前支承壓力的作用下，超前段頂板易發(fā)生下沉破壞；第二，反復(fù)支柱和撤柱的過程易導(dǎo)致頂板的破碎，易發(fā)生尾巷安全出口不暢通，甚至局部冒頂?shù)仁鹿?；第三，支回柱過程存在眾多不安全因素，花梁跌落、液管傷人、單體柱擠人等事故影響安全生產(chǎn)；同時，回撤單體柱體力勞動強度大、耗工費時。由此分析，傳統(tǒng)的尾巷超前段支護(hù)形式亟需改進(jìn)革新[1-2]。

1 超前支護(hù)門式支架研發(fā)和改進(jìn)

為了改變傳統(tǒng)單體支柱超前支護(hù)存在的不足，研制了一種新型的臨空巷超前支護(hù)門式支架，定義型號為ZLC2×1410/26.5/41.5。該支架由1根橫梁、兩根立柱、鏈條及其配件等組成，見圖1。

圖1 超前支護(hù)門式支架示意(mm)

立柱規(guī)格為D200/D160 mm，行程為1 500 mm，采用外進(jìn)液方式，工作阻力為1 410 kN。橫梁長度4 400 mm，寬度400 mm，高度400 mm，每根橫梁與兩根立柱通過銷軸連接組成，橫梁中下部的下表面布置有定位卡齒。為保證支護(hù)裝置對頂、底板的適應(yīng)性，立柱底部設(shè)有圓形托盤(直徑為500 mm)，托盤與立柱底部采用球形鉸接。每個門式支架與相鄰架間用礦用圓環(huán)鏈條相互拉緊連接，防止支架傾倒。

在開采過程中，尾巷頂板易發(fā)生兩幫不均勻沉降，為提高門式支架對不同頂板條件的適應(yīng)性，針對門式支架存在接頂不嚴(yán)實、支護(hù)不完整等問題，在每個支架橫梁長軸的側(cè)面加裝了4套二級伸縮油缸系統(tǒng)，并焊接了尺寸為550 mm×350 mm的30 mm鋼板，作為門式支架的輔助強化支撐裝置。當(dāng)超前段巷道的兩幫下沉量相差較大時，將接頂不嚴(yán)實側(cè)的二級伸縮油缸升起，即可實現(xiàn)對頂板的完整支護(hù)。

2 超前支架的搬運

2.1 支架搬運車輛

由于超前支護(hù)門式支架單架重量為3.05 t，移架時，支架采用WC3Y(B)型防爆柴油機(jī)無軌膠輪車運輸，該膠輪車是一種新型運輸車輛，以防爆柴油機(jī)為動力，運行速度5.2～14 km/h，裝備了帶有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的升降平臺，上表面布置有定位卡齒，能夠與門式支架橫梁下表面的定位卡齒相互咬合，保證支設(shè)及回撤運輸時的穩(wěn)定性，見圖2。

圖2 門式支架現(xiàn)場應(yīng)用

2.2 支架支設(shè)和搬運

在支設(shè)門式支架時，使用防爆膠輪車將支架橫梁托住，并收回立柱，通過該車的旋轉(zhuǎn)平臺將支架旋轉(zhuǎn)一定角度，運送至需重新支設(shè)的位置后升起立柱，當(dāng)超前段巷道的兩幫下沉量相差較大時，將接頂不嚴(yán)實側(cè)的二級伸縮油缸升起，保證接頂嚴(yán)實，支架時可以使用車輛自帶的液壓系統(tǒng)對支架立柱進(jìn)行打壓升緊，此為支設(shè)的一個完整工作循環(huán)。為保證撤架時，單跨門式支撐裝置能在升降平臺的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上轉(zhuǎn)動到位，單跨門式支撐裝置的排距設(shè)為1 800 mm±100 mm；超前支護(hù)共使用30架單跨門式支撐裝置對巷道進(jìn)行長度50 m超前支護(hù)。

2.3 支架搬運車改進(jìn)

針對防爆膠輪車自帶的乳化液箱容積較小不能很好滿足支護(hù)需要的問題，從工作面尾端頭支架布設(shè)1趟高壓液管，使用從乳化液泵站提供的高壓動力，配套門式支架的快速接頭，可實現(xiàn)快速支撤。針對門式支架重量大的問題，在平臺升降機(jī)構(gòu)四周加焊了16 mm的板材，加固了膠輪車旋轉(zhuǎn)平臺，提高了防爆膠輪車的承載力，確保使用過程中的安全穩(wěn)定性能。

3 應(yīng)用效果

ZLC2×1410/26.5/41.5型超前支護(hù)門式支架在塔山礦C3-5號層8222工作面應(yīng)用效果較好，巷道頂?shù)装搴蛢蓭妥冃瘟坑稍瓉碜畲? m減小至0.3 m，保證工作面出口的暢通。同時可為每個生產(chǎn)班節(jié)省支護(hù)工4名，每年約節(jié)資108萬元，節(jié)約單體支護(hù)材料費用成本約200萬元。該支架的應(yīng)用不僅從根本上杜絕了單體柱擠人、花梁跌落傷人等事故，同時提高了超前支護(hù)的效率，省時省工，提高了安全生產(chǎn)工作效率。

4 結(jié) 語

通過現(xiàn)場應(yīng)用比較，無反復(fù)支撐門式支架相比于傳統(tǒng)的單體液壓支柱優(yōu)勢顯著，具體為：

1) 超前支護(hù)強度高，單架支架工作阻力為1 410 kN×2，超前50 m范圍內(nèi)門式支架的支護(hù)強度為0.33 MPa，是單體柱支護(hù)強度的5.8倍。

2) 超前支護(hù)支設(shè)與回撤的全部工藝流程均由機(jī)械操作完成，機(jī)械化程度達(dá)100%，大大降低了支護(hù)工的勞動強度，支護(hù)速度及效率均有大幅提升。

3) 門式支架屬于無反復(fù)支撐裝置，杜絕了單體柱多次升降柱對頂板的二次破壞，增強了頂板的完整性，保證安全出口的暢通。

4) 應(yīng)用門式支架從根本上杜絕了支護(hù)工支回單體柱發(fā)生的砸腳碰手、單體柱擠人、花梁跌落傷人等事故，顯著提高了超前支護(hù)的安全性。

5) 由于門式支架跨度近4 m，為工作面形成了運送物料及進(jìn)出大件設(shè)備的快速通道。加上無軌膠輪車的配合，對于綜采設(shè)備大件的更換十分有利，避免了以往進(jìn)出大件把單體全部回撤的麻煩，安全便捷。