放頂煤工作面上端頭支護輔助設備的設計與應用

王翔

(峰峰集團 河北天擇重型機械有限公司， 河北 邯鄲 056200)

0 引言

根據(jù)峰峰集團大社礦和新屯礦的工況條件，采用摸頂掘進巷道，工作面上端頭支護作業(yè)時需要4人配合抬運打設點柱，勞動強度大，不易操作，作業(yè)期間易發(fā)生頂板流煤、流砟、冒頂?shù)仁鹿?，危險系數(shù)較高。根據(jù)摸頂掘進、摸底回采工作面特點，為保證工作面正常出煤，在上述端頭支護方式下，刮板機機尾處有8個支架不能摸底，工作面每推進1 m底煤丟失至少46 t。而傳統(tǒng)解決方式在運料巷、溜子道進行人工臥底回收部分巷道底煤，臥底后采用單體液壓支柱加設木垛對高5 m左右的巷道頂板進行支護，效率低，成本高，安全系數(shù)低。

為解決該問題，研究了煤礦綜放工作面開采條件的特點，有針對性地進行了放頂煤工作面上端頭支護輔助設備的設計。在峰峰集團大社礦92606綜放工作面、新屯礦14248綜放工作面進行了工業(yè)性試驗，取得良好效果。該設備在運料巷上端頭處過渡液壓支架上安裝支護輔助設備，通過過渡支架升柱接頂支護頂板，實現(xiàn)了機械化支護端頭巷道頂板。將前部刮板輸送機延長，運輸巷臥底出煤，消除機尾三角煤，省去了上切頂排人工放頂環(huán)節(jié)，降低了頂板維護難度，有效控制頂板下沉量，消除了端頭維護作業(yè)期間的安全隱患，避免了順槽段的冒頂事故，工作面安全系數(shù)得到提升，從而滿足高產(chǎn)高效的要求。

1 上端頭支護輔助設備設計特點及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 使用條件

峰峰集團大社礦92606工作面，配套上端頭支架為ZFG5400/18/29型液壓支架，使用配套輔助設備，支護高度增加1.6 m，92606工作面平均煤厚為5.5 m，運料巷高度為3.2 m，底煤厚度為2.3 m，巷道寬度為4.5 m，采用錨網(wǎng)索支護，摸頂掘進、摸底回采。

峰峰集團新屯礦14248綜放工作面及支架配套的平均煤厚為5.5 m，工作面長為50 m，推進長度為334 m。配套上端頭支架為ZFB3200/16/24型，使用配套輔助設備，支護高度增加1.5 m，采用錨網(wǎng)索支護，摸頂掘進、摸底回采。

1.2 設計特點

頂梁為剛性整體結(jié)構(gòu)，采用高強板焊接，支護強度高。頂梁前端頂板水平，后部頂板下斜61°，如圖1所示，可有效緩沖過渡支架尾梁的沖擊力。

該設備采用硬鏈接，抗扭能力強，不可自主升降，實際使用時，可根據(jù)情況適當升降過渡支架，以達到接頂效果，如圖2所示。

頂梁兩側(cè)加固定側(cè)護板，可以在一定程度上防止煤壁涌煤。同時增加工藝孔,如圖1所示，便于瓦斯疏散和吊裝。

設備底座在過渡支架頂梁上安裝，底板與支架頂梁零間隙配合，安裝后三面(前端和兩側(cè))包裹頂梁,如圖2所示，拆卸時可直接拉出，拆裝便捷。底座兩側(cè)護板下探超過過渡支架頂梁側(cè)護板，且在兩側(cè)板下部增加工藝孔，便于底座與過渡支架固定運輸。

圖2 放頂煤工作面上端頭支護輔助設備示意圖

1.3 主要技術(shù)特征(以大社礦為例)

1) 型式： 放頂煤工作面上端頭支護輔助設備。

2) 底座規(guī)格： 4 395 mm(長)×1 490 mm(寬)×1 310 mm(高)。

3) 底座質(zhì)量： 4 000 kg。

4) 頂梁規(guī)格： 4 020 mm(長)×1 440 mm(寬)×1 340 mm(高)。

5) 頂梁質(zhì)量： 6 200 kg。

1.4 技術(shù)及創(chuàng)新

1) 根據(jù)冀中能源峰峰集團大社煤礦、新屯煤礦的煤層特點和工況條件，在工作面與運輸巷的交匯處，采用過渡支架+支護輔助設備的支護方式，使原有支架最大支撐高度增至5 m左右，操作靈活、方便，能夠及時支護頂板，提高了工作面上端頭頂板的支護強度，適應性強，能有效防止工作面支架倒架。

2) 支護輔助設備采用硬連接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強，減少井下設備安裝工作量。該設備是一種無立柱千斤頂式的簡易支架，高度固定，可根據(jù)工作面條件設計不同的高度，抗扭性強，安全系數(shù)高，能適應巷道復雜地質(zhì)條件，與工作面支架、前后刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機配合實現(xiàn)工作面巷道機械化作業(yè)。

3) 對工作面端頭和超前段巷道頂板和兩幫進行主動支護，最大限度滿足巷道支護高度，提高煤炭回收率。

2 應用及推廣

2.1 應用過程

2017年8月在大社礦92606工作面上端頭運輸巷處增加2架ZFG5400/18/29型過渡支架，并在過渡支架上安裝支護輔助設備，使得原支護高度由2.9 m增加至4.4 m，通過過渡支架升柱支護頂板，代替了單體液壓支柱加設木垛的支護方式，實現(xiàn)了機械化支護端頭巷道頂板。同時將前部刮板輸送機延長，運輸巷臥底出煤，消除機尾三角煤。2018年3月在峰峰集團新屯礦14248綜放工作面進行應用，在上端頭增加2架ZF3200/16/24B支架+支護輔助設備,實現(xiàn)運輸巷臥底出煤，消除機尾三角煤。

2.2 應用效果及經(jīng)濟效益

1) 大社礦92606工作面。ZFG5400/18/29型液壓支架高度為1.8～2.9 m，安裝支護輔助設備后支護高度增加1.6 m，92606煤厚平均5.5 m，運輸巷高度3.2 m，底煤厚度2.3 m，巷道寬度4.5 m。工作面摸底后每推進1 m，可多回收底煤2.3×4.5×1×1.53=15.8 t，回收機尾三角煤2.3×10×0.5×1×1.53=17.6 t。運輸巷走向長度1 141 m，共計回收煤炭38 109 t。市場價500元/t，噸煤成本300元/t，新增產(chǎn)值1 905.5萬元，新增利潤712萬元。

2) 新屯礦14248工作面。煤厚平均5.5 m，工作面長50 m，推進長度334 m。使用支護輔助設備后，原需要4人抬運打設4.5 m單體液壓支柱，減少為1人操作支架。每天節(jié)約9個用工，按300元/工計算，每月可節(jié)約人工費8.1萬元，4個月共節(jié)約32.4萬元。累計多回收煤量1.2萬t，市場價500元/t，噸煤成本300元/t，新增產(chǎn)值600萬元，新增利潤240萬元。

放頂煤工作面上端頭支護輔助設備的創(chuàng)新使用改變了原運輸巷上端頭支護形式，省去了上切頂排人工放頂環(huán)節(jié)，有效解決了上端頭頂板支護強度不足的問題，保障了安全生產(chǎn)，降低了工人的勞動強度，提高了工作效率，同時解決了運輸巷底煤及機尾三角煤的丟失問題，提高煤炭回收率，為綜采工作面高產(chǎn)高效創(chuàng)造了條件，為類似煤層開采工藝上提供了有效的途徑。

3 結(jié)論

放頂煤工作面上端頭支護輔助設備是根據(jù)峰峰集團大社礦、新屯礦工作面煤層具體工況條件而設計的。技術(shù)合理，經(jīng)濟可行，安全可靠，使綜放工作面端頭支護頂板管理水平進一步提升，提高了工作面煤炭回收率；實現(xiàn)了巷道超前支護的機械化作業(yè)，為綜放工作面全自動化生產(chǎn)奠定了基礎，為職工的安全提供了保障，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，對此類條件下工作面端頭支護有借鑒意義，為礦井的高產(chǎn)高效打下基礎，具有推廣價值。