淺談ZT11101/19/35 端頭液壓支架在沿空留巷工藝中的應(yīng)用

沈 浩

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大隆礦，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 問(wèn)題提出

鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大隆礦在東二采區(qū)工作面運(yùn)順施工沿空留巷工藝，原ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架因不便于行人通過(guò)、破壞運(yùn)順巷道頂板支護(hù)形式等原因造成支護(hù)材料損失浪費(fèi)、員工勞動(dòng)強(qiáng)度加大、運(yùn)距遠(yuǎn)、巷道頂板下沉、底板鼓起的問(wèn)題，不能滿(mǎn)足沿空留巷施工工藝要求。大隆礦原端頭液壓支架更換為ZT11101/19/35 型端頭液壓支架，有效地減少了巷道支護(hù)錨桿、錨索的損壞，便于工作人員通過(guò)和物料運(yùn)輸。

2 ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架存在的問(wèn)題

ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架在傳統(tǒng)綜采工作面的安全生產(chǎn)中一直處于很重要地位，安全有效地支護(hù)著綜采工作面下隅角和運(yùn)順巷道頂板，為安全回采做出重大貢獻(xiàn)。

為了最大限度地回收資源，避免煤炭損失浪費(fèi)，采取沿空留巷工藝，ZTZ22500/19/35 型端頭液壓支架在沿空留巷工藝中存在的問(wèn)題如下：

（1）老式端頭支架長(zhǎng)7 m、寬1.5 m 一共兩組，受動(dòng)壓影響運(yùn)順巷道回采期間中寬在3.5～4.5 m 之間，施工人員到端頭支架后方施工，不便于行人通過(guò)，沒(méi)有安全退路和安全出口。

（2）沿空留巷工藝需要人員到老式端頭支架后方對(duì)留巷段的頂板、巷道進(jìn)行擋桿和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)施工，因老式端頭支架與巷幫空間狹小，無(wú)法將長(zhǎng)度超過(guò)2 m 的物料抬運(yùn)通過(guò)。

（3）沿空留巷工藝需要保留運(yùn)順巷道的原有錨桿、錨索支護(hù)不被損壞，因老式端頭支架接頂嚴(yán)密，造成巷道原有錨桿、錨索支護(hù)形式破壞，錨桿、錨索對(duì)巷道的支護(hù)強(qiáng)度減弱。

（4）沿空留巷工藝需要在運(yùn)順采空區(qū)邊緣位置施工擋矸欄，防止采空區(qū)巖石掉落到留巷段巷道內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出擋矸欄應(yīng)該在液壓支架切頂線(xiàn)以前施工完畢，但使用老式端頭支架只能實(shí)現(xiàn)在切頂線(xiàn)以后施工擋矸欄，存在安全隱患。

（5）因老式端頭支架與液壓支架之間無(wú)縫隙，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在液壓支架切頂線(xiàn)以前施工擋矸欄，不僅存在安全隱患，施工質(zhì)量和生產(chǎn)循環(huán)進(jìn)度都受到制約和影響。

（6）沿空留巷內(nèi)幫頂壓力大，擋矸欄、補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)隨時(shí)有失效、卸壓和傾倒現(xiàn)象發(fā)生，使用老式端頭支架無(wú)法隨時(shí)觀(guān)察沿空留巷內(nèi)的幫頂情況。

（7）拉移老式端頭支架時(shí)，操作人員無(wú)法觀(guān)察端頭支架后方是否有人員作業(yè)，存在安全隱患。

3 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架選用

3.1 根據(jù)地質(zhì)條件選取

ZT11101/19/35型端頭液壓支架在具體選擇時(shí)，首先要考慮的是工作面運(yùn)順的頂板情況和巷道高度。 1503 綜采工作面底板為粉砂巖，平均厚度為2.5 m，偽頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度0.9 m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度2.8 m，老頂為細(xì)砂巖，平均厚度30.85 m，煤層傾角2°～12°，運(yùn)順巷道整體穩(wěn)定性較好。其次通過(guò)其他礦井施工沿空留巷工藝的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，選定2 組ZT11101/19/35 型端頭液壓支架支護(hù)1503 綜采工作面下隅角和運(yùn)順巷道。

3.2 根據(jù)計(jì)算選取

3.2.1 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架初撐力計(jì)算

端頭液壓支架初撐力計(jì)算公式為：

式中：q為支架初撐力；D為立柱缸體內(nèi)徑或活塞直徑；m為乳化液泵泵站工作壓力；n為每臺(tái)支架的立柱個(gè)數(shù)；k為支撐率。

此端頭支架的立柱缸體內(nèi)徑為D=350 mm，乳化液泵泵站工作壓力m=30 MPa，支架的立柱個(gè)數(shù)n=3，支撐率k=1，因此q=（3.14×3502/4）×30×3×1×10-3≈8655 kN。

3.2.2 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架工作阻力計(jì)算

端頭液壓支架工作阻力計(jì)算公式為：

此端頭支架的立柱缸體內(nèi)徑為D=350 mm，乳化液泵泵站工作壓力m=38.5 MPa，支架的立柱個(gè)數(shù)n=3，支撐率k=1，因此qz=（3.14×3502/4）×38.5×3×1×10-3≈11 107 kN。

3.2.3 頂板需要端頭液壓支架的工作阻力

頂板需要端頭液壓支架的工作阻力計(jì)算公式為：

p=（n-1）H·γ·s·g·cosα

式中：p為下隅角和運(yùn)順巷道的頂板需要端頭液壓支架的工作阻力；H為采空頂板區(qū)垮落高度；γ為頂板巖石容重；g為重力加速度；n為動(dòng)載系數(shù)；α為煤層平均傾角；s為端頭液壓支架最大空頂距時(shí)支護(hù)面積。

此工作面采空頂板區(qū)垮落高度H=28.28 m，頂板巖石容重γ=2.5 t/m3，重力加速度g=9.8 N/kg，動(dòng)載系數(shù)n=1.5，煤層平均傾角α=6°，端頭支架最大空頂距時(shí)支護(hù)面積s=6.45 m2。

p=（1.5-1）×28.28×2.5×6.45×9.8×cos6°≈2222 kN。

ZT11101/19/35 型端頭液壓支架工作阻力為11 107 kN 大于2222 kN，該型號(hào)的端頭支架能夠滿(mǎn)足本工作面下隅角和運(yùn)順巷道頂板的工作阻力要求。

3.3 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架組成部分

ZT11101/19/35 型端頭液壓支架由16 個(gè)主要結(jié)構(gòu)件組成，支架總圖如圖1。

圖1 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架總圖

3.4 ZT11101/19/35 型端頭液壓壓力觀(guān)測(cè)

礦壓觀(guān)測(cè)技術(shù)人員在端頭支架支撐千斤頂上安裝礦用本安型無(wú)線(xiàn)壓力傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)端頭支架動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，端頭支架的阻力值在24～28 MPa 范圍內(nèi)滿(mǎn)足使用要求。ZT11101/19/35 型端頭液壓支架阻力曲線(xiàn)圖如圖2。

圖2 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架阻力曲線(xiàn)圖

3.5 ZT11101/19/35 型端頭液壓三維模擬安裝

通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)ZT11101/19/35 型端頭液壓支架進(jìn)行模擬裝配及模擬使用。ZT11101/19/35型端頭液壓支架三維裝配圖如圖3。

圖3 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架三維裝配圖

4 ZT11101/19/35 型端頭液壓支架使用效果分析

為了驗(yàn)證ZT11101/19/35 型端頭液壓支架在沿空留巷工藝中的應(yīng)用效果，進(jìn)行了井下現(xiàn)場(chǎng)安裝使用試驗(yàn)，通過(guò)正常回采200 m 的使用效果如下：

（1）工作面下隅角處頂板未出現(xiàn)下沉、斷裂、淋水等現(xiàn)象，有效地支護(hù)了下隅角頂板，減少了巷道頂板的維護(hù)，大大降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）端頭支架支撐力較大，工作面下隅角處底板未出現(xiàn)鼓起現(xiàn)象，保證了底板的完整性。

（3）端頭支架頂梁長(zhǎng)度為13 000 mm，支撐頂板距離加長(zhǎng)，更加有效地支護(hù)了巷道頂板。

（4）端頭支架頂梁寬度為520 mm，支撐頂板的寬度比錨桿間距小280 mm，端頭支架支撐頂板時(shí)，有效避開(kāi)錨桿、錨索，減少了頂板支護(hù)的損壞。

（5）兩組端頭支架的間距為1500 mm，為沿空留巷施工作業(yè)提供了方便條件，提高了工作效率。

（6）端頭支架與工作面支架間距為1000 mm，為沿空留巷施工提供了作業(yè)空間，提高了工作效率和工程質(zhì)量，減少了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（7）使用ZT11101/19/35 型端頭液壓支架以后，可以超前施工5 根擋矸欄，減少在端頭支架切頂線(xiàn)以后施工作業(yè)，大大提高了安全系數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

ZT11101/19/35 型端頭液壓支架操作簡(jiǎn)單，井下應(yīng)用效果良好，能夠滿(mǎn)足巷道支護(hù)要求，在沿空留巷工藝中達(dá)到預(yù)期使用效果。