2313 綜放工作面端頭支架的研制與應(yīng)用

原 波

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長平公司，山西 晉城 048000）

長平礦是一座新型的現(xiàn)代化礦井，隨著開采強(qiáng)度的增加，綜放工藝不斷改進(jìn)，但支護(hù)改進(jìn)進(jìn)度跟不上綜放改進(jìn)速度，從而造成支護(hù)脫節(jié)，影響了綜放效率的發(fā)揮[1-2]。造成支護(hù)速度慢的根本原因在于現(xiàn)階段采用單體柱配合打木垛勾頂進(jìn)行支護(hù)，在移柱、支柱、打木垛過程中，費(fèi)時(shí)費(fèi)力[3-4]。為此亟須尋求一個(gè)安全、可靠、靈活的支護(hù)設(shè)備，以提高綜放效率。

1 概況

2313 綜放工作面井下標(biāo)高554～653 m，工作面走向長1 006.8 m，傾斜長度224.4 m，煤層平均厚度5.3 m，平均傾角6°，回采過程中局部頂板節(jié)劈理發(fā)育，煤體疏松破碎。煤層基本頂和基本底為砂質(zhì)泥巖，直接頂和直接底為泥巖。工作面端頭支護(hù)使用DW35-250/110X 型單體液壓支柱，初撐力為11.4 MPa 以上。但由于兩順槽為沿頂掘進(jìn)，底板為底煤，兩巷打超前支護(hù)時(shí)初撐力不達(dá)標(biāo)需及時(shí)在單體液壓柱下墊柱鞋或者方木保證單體柱支護(hù)狀態(tài)完好。

2 端頭支護(hù)液壓支架研制

2.1 研制的技術(shù)關(guān)鍵

端頭支護(hù)液壓支架研制的技術(shù)關(guān)鍵在于：

（1）總體方案設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考慮支架與前后刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭驅(qū)動部、轉(zhuǎn)載機(jī)的配套關(guān)系。

（2）轉(zhuǎn)載機(jī)兩側(cè)加焊鉸接耳，連接推移油缸，拉移端頭支架。

（3）頂梁和掩護(hù)梁的擋矸裝置設(shè)計(jì)，寬度可變，能進(jìn)行有效的擋矸。

2.2 端頭支架支護(hù)方案

端頭支架支護(hù)方案如圖1、圖2，為兩架一組對稱布置，轉(zhuǎn)載機(jī)為中置式全落地放置，安置在兩架底座中間位置，兩架支架左右對稱以適應(yīng)左右工作面使用，總長度達(dá)到10.643 m，端頭支架和超前支架的架間空頂距為384 mm。

圖1 端頭支架斷面

圖2 端頭支架擋矸裝置

端頭支架組底座前面和轉(zhuǎn)載機(jī)鉸接耳通過推移油缸連接，端頭支架前移以轉(zhuǎn)載機(jī)為支撐分別拉移支架，拉移步距900 mm。

端頭支架頂梁分為前、中、后三段，用銷軸鉸接，最長段3842 mm，以更好地適應(yīng)巷道頂板起伏變化；底座分為前、中、后三段，用銷軸鉸接，最長段3820 mm，以更好地適應(yīng)巷道底板起伏變化。

兩架一組的端頭支架組用4 排立柱支撐，左右兩架之間在頂梁上用三組拉緊油缸進(jìn)行拉緊成一整體。

端頭支架的頂梁和掩護(hù)梁設(shè)有擋矸裝置，端頭支架擋矸裝置與排頭支架的頂梁緊貼，能很好地防止漏矸；掩護(hù)梁擋矸裝置最大寬度為2986 mm，中部間隙370 mm。

操作方式采用本架手動操作。

需要對轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行改造：在1 m 轉(zhuǎn)載機(jī)的基礎(chǔ)上增加一節(jié)長2300 mm 的中部槽，中部槽兩側(cè)焊接端頭架拉架油缸鉸接耳，改造前后溜機(jī)頭尾墊架，加長推移梁600 mm，鉸接孔距100 mm。

2.3 支架組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

端頭支架頂部主要為頂梁和掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)，底部主要為底座和推移機(jī)構(gòu)，并通過連桿連接。

（1）頂梁

頂梁采用整體式箱形焊接結(jié)構(gòu)，前部鉸接有挑梁，能很好地適應(yīng)巷道頂板不平整的情況。頂梁上有兩柱窩與立柱的柱頭鉸接，用以傳遞立柱的支撐力。在左側(cè)和右側(cè)的兩個(gè)支架的頂梁側(cè)翼安裝有防倒、起吊油缸的鉸接座，通過其對兩個(gè)支架進(jìn)行連接。采用套筒形式安裝頂梁連架千斤，考慮到支架頂梁對頂板錨桿的影響，護(hù)頂設(shè)計(jì)往下傾斜22.5°，并設(shè)計(jì)連架千斤上部與頂梁間隔454 mm，如圖3。

圖3 頂梁

（2）掩護(hù)梁

掩護(hù)梁前端的頂梁、后端的前后連桿加上連桿和底座一并構(gòu)成了端頭支架的四連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)支架移架做上下運(yùn)動時(shí)，通過支架的四連桿機(jī)構(gòu)使其掩護(hù)梁和頂梁的中心點(diǎn)做近似直線的雙紐線運(yùn)動，從而使支架的運(yùn)動整體合理、穩(wěn)定，如圖4。

圖4 掩護(hù)梁

（3）底座

支架的四連桿結(jié)構(gòu)、推移千斤頂和立柱等結(jié)構(gòu)均通過底座進(jìn)行連接。底座是一種箱體結(jié)構(gòu)件，將頂板傳來的壓力傳遞到工作面底板，承受支架上部傳遞的壓力、底板作用的反力、四連桿的拉壓力和扭曲力，如圖5。

圖5 底座及連桿

（4）連桿

連桿是支架中的主要連接件，將支架的掩護(hù)梁和底座連接起來，形成了支架的四連桿機(jī)構(gòu)，四連桿機(jī)構(gòu)為支架的核心機(jī)構(gòu)。連桿主要承受支架傳來的拉、壓力以及扭曲力。

（5）推移機(jī)構(gòu)

支架移動主要由推移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，由左右支撐單元底座的鉸接座、連接器、推動千斤頂和銷軸構(gòu)成。推移機(jī)構(gòu)的千斤頂主要組成部件為缸體、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套及密封件等。

（6）立柱

支架采用雙伸縮立柱，是由內(nèi)外缸體、活柱、導(dǎo)向套及各種密封件組成。立柱的工作阻力為3000 kN。

（7）液壓系統(tǒng)

支架液壓系統(tǒng)的主要構(gòu)成為進(jìn)液管和回液管、支架立柱、支架千斤頂以及配套的液壓元件，整個(gè)液壓系統(tǒng)通過手動控制操作。液壓系統(tǒng)各部位之間的連接通過U 形卡、密封圈以及快速接頭實(shí)現(xiàn)，連接方便快捷。

3 應(yīng)用效果

在2313 綜放工作面進(jìn)行了端頭支護(hù)應(yīng)用試驗(yàn)，該裝置的應(yīng)用有效提高了端頭的支護(hù)強(qiáng)度和效率，降低了工人勞動強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）端頭支架支撐力大，對頂板的支護(hù)能力強(qiáng)，支護(hù)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于單體柱。

（2）頂部支護(hù)面積大，支架與巷道頂板接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單體柱與巷道頂板接觸面積。

（3）結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕，移架步距大，運(yùn)輸高度低。

（4）每臺支架均設(shè)四連桿機(jī)構(gòu)和防倒機(jī)構(gòu)，保證支架的穩(wěn)定性。

（5）支架底座設(shè)計(jì)成船形結(jié)構(gòu)，移架阻力小，移架力大，不扎底。

（6）支架行走的方向、位置調(diào)節(jié)方便。

（7）支架在巷道布置后留有足夠的通道，便于行人。