綜放工作面超前支護液壓支架的研發(fā)與應用

原 波

（晉能控股煤業(yè)集團長平公司，山西 晉城 048000）

引言

傳統(tǒng)的單體液壓支柱進行綜放工作面回采巷道超前支護時，僅一個順槽就需要上百根，工作量較大，而所能起到的效果有限，回柱時面臨的安全風險大，單體柱超前支護工藝已經(jīng)成為影響綜放工作面安全高效運行的重要因素之一[1-2]。而現(xiàn)有的超前支護支架又存在各種不足，對井下條件適應性差。因此，研制一套綜放工作面回采巷道用超前支護液壓支架解決以上問題，對長平煤礦的安全高效生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1 現(xiàn)有超前支架的缺點

超前支護支架取代傳統(tǒng)單體柱支護，是煤礦研究的重要部分，尤其是對于綜放工作面的超前支護支架?，F(xiàn)在國內(nèi)外已有多種超前支架，如懸移式、滑移式、跨騎式等，這些超前支架存在以下缺點：

1）支護阻力較小，結(jié)構(gòu)復雜，移動困難，對井下條件適應性差，不能適應大斷面巷道的需要。

2）由于破碎機、轉(zhuǎn)載機的存在，使得超前支架體積大、重量大，安裝運輸困難，同時對巷道斷面有較高的要求[3-4]。

2 超前支護液壓支架研發(fā)

2.1 研發(fā)的技術(shù)關(guān)鍵

超前支護液壓支架研發(fā)的技術(shù)關(guān)鍵為：

1）總體方案設(shè)計，尤其是與轉(zhuǎn)載機、破碎機之間的配套關(guān)系。

2）油缸的選型。首先是立柱，根據(jù)井下實際支護阻力及最低、最高支護高度，計算確定油缸的外形尺寸和行程。其次是橫連油缸，根據(jù)液壓支架的整體推移步距，確定伸縮油缸。

3）立柱的位置布置。根據(jù)有限元模擬，確定最佳支護角度和中間距離，確保裝備的安全性和支護重量的穩(wěn)定。

4）底座結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計要充分考慮對地比壓，不能下陷；其次底座船型結(jié)構(gòu)確保移架順利，不能扎底。

5）液壓系統(tǒng)美觀性。液壓系統(tǒng)除了基本功能要實現(xiàn)外，還要保持管路整潔、美觀。

2.2 支架設(shè)計方案

超前支護液壓支架支護方案如圖1、圖2 所示，超前支護液壓支架共6 架，左右兩架組成一組，左右架分列于轉(zhuǎn)載機兩側(cè)。每組支架的頂梁由兩根調(diào)架油缸連接，互為扶持防倒，第一組支架的底座在轉(zhuǎn)載機橋部兩側(cè)，下設(shè)1 根調(diào)架油缸，從轉(zhuǎn)載機橋部下面穿過，可以調(diào)節(jié)第一組左右兩架之間的距離，能更好地適應巷道寬度的變化，3 組支架總長度達21.341 m，總長度不超過轉(zhuǎn)載機橋部最高點。

圖1 超前支護液壓支架支護方案（單位：mm）

圖2 超前支護液壓支架斷面（單位：mm）

巷道同側(cè)前后支架的底座間鉸接有推移油缸，支架依據(jù)推移油缸互相推拉前移，推移步距900 mm。

支架與轉(zhuǎn)載機留有大于100 mm 的間隙，當巷道幫鼓不嚴重時，該間隙可增大至300 mm。破碎機處于第二架與第三架支架之間，破碎機與超前支護液壓支架之間留有足夠大的間隙，不影響更換配件。

頂梁兩側(cè)設(shè)有可拆卸式護頂機構(gòu)（行人側(cè)不設(shè)），根據(jù)巷道頂板條件決定是否使用。

同組支架左右對稱以適應左右工作面使用，整架采用鄰架手動操作方式，行人側(cè)支架控制非行人側(cè)支架。

單架為兩柱支撐掩護式架型結(jié)構(gòu)，整體底座，頂梁為整體頂梁鉸接前梁。結(jié)構(gòu)件主要由挑梁、頂梁、掩護梁、前后連桿、底座等組成。

2.3 支架強度校核

對超前支護液壓支架強度進行校核，對比結(jié)果見表1。

表1 超前支護強度校驗

機頭順槽20 m 區(qū)域：采用3 組ZQL2×3000/18/37HW 型超前支護液壓支架，每組2 架，工作阻力6 000 kN，支護高度1.8～3.7 m，鄰架手動操作。

2.4 技術(shù)優(yōu)勢

結(jié)合長平礦綜放工作面巷道實際情況，研發(fā)的超前支護液壓支架具有如下技術(shù)優(yōu)勢：

1）每架由相互獨立的左、右架連接而成，便于運輸、安裝、維護。

2）結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕，移架步距大，運輸高度低。

3）超前支護液壓支架可多架連接，支護長度增加容易。

4）超前后架頂梁、底座間不直接連接，增強了對頂、底板不平整的適應性。

5）超前支架行走的方向、位置調(diào)節(jié)方便。

3 現(xiàn)場應用效果分析

在長平礦2313 綜放工作面機頭巷道23131 巷進行現(xiàn)場應用，具體效果如下：

1）超前支架在井下進行了支護、行走試驗，支架進行了升降、推移、側(cè)移、支護等動作，驗證了支架對巷道的適應性，考察了對頂板、錨索支護、通風的影響。

2）經(jīng)過試驗，超前支護液壓支架完成一次移架，僅需約8 min，達到了工作面快速推進的要求。

3）提高了支護質(zhì)量和安全系數(shù)。超前液壓支架支撐力大、支護高度高，對巷道圍巖控制較好，尤其在巷道頂板破碎處，可以大幅降低原有支護方式的隱患，保證井下安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。