高地壓、強沖擊條件下整體中置式新型端頭支架應(yīng)用

陳海瑞 侯正濤

（陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712000）

端頭支護技術(shù)歷來是煤礦開采的一大難題，尤其是綜放工作面端頭支護技術(shù)一直是制約該項開采技術(shù)的瓶頸。端頭區(qū)支護效果的好壞，直接影響著工作面的正常運轉(zhuǎn)與安全程度[1-2]。目前在綜放工作面上，普遍采用傳統(tǒng)的十字金屬鉸接頂梁（或一字梁）配合單體液壓支柱支護[3-4]，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率，綜放工作面端部的出口維護是目前體力勞動最大、安全威脅和事故頻發(fā)的一項工作[5]。本文結(jié)合正通煤業(yè)高家堡礦井二盤區(qū)首采工作面的現(xiàn)場，研究開發(fā)了一種適用于高地壓、強沖擊條件下整體中置式新型端頭支架，并進行了階段性試驗。

1 正通煤業(yè)礦井綜放端頭技術(shù)現(xiàn)狀

在二盤區(qū)首采工作面安裝前，正通煤業(yè)高家堡礦井委托北京天地科技股份有限公司對礦井綜放工作面三機設(shè)備進行配套選型設(shè)計。設(shè)計人員考慮礦井井深壓力大，煤層具有沖擊危險性等災(zāi)害，著力對工作面端頭支護進行了選型研究，最終確定工作面端頭部采用ZTZ26000/24/40型端頭支架作為工作面前、后部刮板輸送機的端頭支護。

2 已回采工作面端頭支護存在問題

正通煤業(yè)高家堡礦井將設(shè)計的ZTZ26000/24/40型端頭支架（圖1）應(yīng)用于二盤區(qū)204綜放工作面，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

圖1 原設(shè)計ZTZ26000/24/40型端頭支架

（1）推采過程中，后端頭支架頭后拖后處于工作面老空距離太大，且由于后端頭為整體頂梁結(jié)構(gòu)，雖然穩(wěn)定性較好，但工作阻力偏低，時常出現(xiàn)壓死支架現(xiàn)象（圖2）。

圖2 工作面端頭支架壓死

（2）端頭支架整體噸位較大，尤其是后端頭支架頂梁為整體頂梁，支架安裝較為困難。

（3）前后端頭結(jié)構(gòu)形式不同，機械化自動操作困難，移架速度慢，增加勞動強度，提高了事故率。

3 整體中置式新型端頭支架

3.1 主要設(shè)備配置

204綜放工作面采用原設(shè)計端頭支架，205綜放工作面使用了改進后的整體中置式新型端頭支架（圖 3），工作面主要設(shè)備配置見表1。

圖 3 改進后的整體中置式新型端頭支架

表1 工作面主要設(shè)備配置

整體中置式新型端頭支架將原設(shè)計的ZTZ26000/24/40型 替 換 為ZTZ24000/24/45型前端頭支架、ZD18000/24/45型后端頭支架。兩種端頭支架主要技術(shù)特征和參數(shù)見表2，結(jié)構(gòu)特點如下。

表2 改進端頭支架主要技術(shù)特征參數(shù)

ZTZ24000/24/45型支架主要結(jié)構(gòu)特點：

（1）端頭支架為左右兩架一組中置式。

（2）頂梁為條梁結(jié)構(gòu)，兩個頂梁之間設(shè)有防倒調(diào)架千斤頂。頂梁兩側(cè)設(shè)計內(nèi)、外護頂板，護頂板可實現(xiàn)上翹，外護頂板還可實現(xiàn)下垂。

（3）轉(zhuǎn)載機在左右兩架支架底座中間，底座對轉(zhuǎn)載機高度沒有限制。

（4）端頭支架和與千斤頂直連的轉(zhuǎn)載機或運輸順槽超前支架交替邁步前移。

ZD18000/24/45型支架主要結(jié)構(gòu)特點：

（1）液壓支架采用四柱支撐結(jié)構(gòu)掩護式結(jié)構(gòu)。

（2）端頭支架為整體頂梁和掩護梁，分體式底座結(jié)構(gòu)。

（3）轉(zhuǎn)載機在左右兩架支架底座中間，底座高度對轉(zhuǎn)載機有一定要求。

（4）通過推移千斤頂和前部端頭支架連接，端頭支架整體前移。

（5）端頭支架頂梁中部設(shè)計可封堵窗口，用于放炮打孔用。

3.2 新型端頭支架優(yōu)點

新型端頭支架（前端頭和后端頭）在205接續(xù)工作面經(jīng)過階段性的試驗，截至目前工作面已推采230 m，在井下使用效果顯著，其突出創(chuàng)新主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）端頭支架為四柱中置式整體頂梁結(jié)構(gòu)。

（2）頂梁前段內(nèi)置伸縮梁結(jié)構(gòu)，支架側(cè)向及掩護梁下部設(shè)置擋矸裝置。

（3）端頭支架和轉(zhuǎn)載機或運輸順槽超前支架交替邁步前移，推移油缸缸徑盡量選大，加強遷移拉力。

（4）左右底座外側(cè)設(shè)底調(diào)千斤頂。

3.3 應(yīng)用效果

新型端頭支架組在205接續(xù)面使用以來，現(xiàn)場使用效果較好，得到職工普遍認同。相比首采面端頭支架組，新型端頭支架組主要有以下優(yōu)點：

（1）新型端頭支架具有超前支護功能，取代了部分單體支護。

（2）明顯改善了端頭部位的支護效果，提高了端頭的支護效率。

（3）端頭處的頂板控制有了明顯改善，杜絕了端頭壓架事故的發(fā)生，提高了生產(chǎn)效率。

（4）提高了勞動效率，平均每班可減少端頭支架拉架和架間煤矸清理人工1個。

4 經(jīng)濟效益分析

新型端頭支架約重56 t，根據(jù)招標(biāo)價17 200元/t，項目投入：56 t×1.72萬元/t=96.32萬元。新型支架的應(yīng)用，可降低工作面推采過程中壓架事故發(fā)生的幾率，減小端頭架拉架難度，減少架間漏矸，提高勞動效率，平均每班可減少端頭支架拉架和架間煤矸清理人工1個。以205工作面為例，205工作面預(yù)計推采420 d，每個人工480元，節(jié)省人工費380×3×480=54.72萬元，該支架預(yù)計效益=節(jié)省人工費-設(shè)備折舊費=54.72-（96.32÷10）=45.088萬元。

5 結(jié)語

中置式新型端頭支架與改進前相比，明顯改善了端頭部位的支護效果，降低了工作面推采過程中壓架事故發(fā)生的幾率，減小端頭架拉架難度，減少架間漏矸，提高了安全效益、經(jīng)濟效益。通過在205綜放工作面現(xiàn)場應(yīng)用表明，該新型端頭支架極大地提高了工作面的安全性和高效性，具有較高的推廣意義及借鑒經(jīng)驗。