苗發(fā)強(qiáng),張虎雄,馬 雄,李志明
1國(guó)家能源集團(tuán)榆林能源有限責(zé)任公司青龍寺煤礦分公司陜西榆林 719408
2鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司 河南鄭州 450016
2 014 年,青龍寺煤礦在工作面回風(fēng)巷用兩架一組形式的超前液壓支架代替單體支護(hù),解決了單體支護(hù)推進(jìn)速度慢、支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)面積小、支設(shè)和回撤勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低、維修成本高等問題。但是工作面運(yùn)輸巷由于巷道高度低、轉(zhuǎn)載機(jī)短、配套設(shè)備體積大等因素,無(wú)法布置兩架一組形式的超前液壓支架,仍然采用單體支護(hù)。2021 年青龍寺煤礦與鄭煤機(jī)集團(tuán)合作研制了單列超前支架,解決了工作面運(yùn)輸巷的支護(hù)問題[1-4]。
工作面運(yùn)輸巷道尺寸和配套設(shè)備如表 1 所列。
表1 工作面運(yùn)輸巷道尺寸和配套設(shè)備
如圖 1 所示,單列超前支架由前后兩架組成,布置在轉(zhuǎn)載機(jī)行人側(cè),前架位于破碎機(jī)前方,后架位于刮板機(jī)垂直電動(dòng)機(jī)和破碎機(jī)之間。前后架底座由推移千斤頂和連接桿連接,前架的推移千斤頂連接在帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾上。
圖1 單列超前支架配套簡(jiǎn)圖
單列超前支架主要技術(shù)參數(shù)如表 2 所列。
表2 單列超前支架主要技術(shù)參數(shù)
單列超前支架主要由頂梁、底座、四連桿機(jī)構(gòu)、立柱、推移千斤頂?shù)冉M成。為縮短頂梁長(zhǎng)度,提高支架對(duì)巷道頂板的適應(yīng)性,采用鉸接頂梁加前梁結(jié)構(gòu);為減輕頂梁質(zhì)量,避讓錨桿錨索,頂梁兩側(cè)采用不帶側(cè)幫板的窄頂梁結(jié)構(gòu);為提高單列超前支架的穩(wěn)定性,底座底板寬度設(shè)計(jì)為 1 m,且底座兩側(cè)設(shè)計(jì)有可旋轉(zhuǎn) 90°的側(cè)撐板;每架單列超前支架配置 2 根立柱,其結(jié)構(gòu)和照片分別如圖 2、3 所示。
圖2 單列超前支架結(jié)構(gòu)
圖3 單列超前支架照片
單列超前支架為窄長(zhǎng)結(jié)構(gòu),在使用過程中,由于底板不平易造成支架橫向傾倒,筆者對(duì)其橫向穩(wěn)定性進(jìn)行了分析[5]。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)的分析計(jì)算[6],單列超前支架越寬,重心越低,其橫向穩(wěn)定性就越好,適應(yīng)的傾角就越大。為提高單列超前支架橫向穩(wěn)定性,筆者采取了 2 種措施:一是增加底座質(zhì)量,減小頂梁質(zhì)量,降低支架重心;二是底座底板寬度由 700 mm 加寬至1 000 mm,同時(shí)在支架底座兩側(cè)設(shè)置可收 90°側(cè)撐板,每個(gè)側(cè)撐板配置 2 個(gè)?80 mm的千斤頂,兩側(cè)側(cè)撐板完全打開后底座寬度可達(dá) 1 600 mm,如圖 4 所示。當(dāng)單列超前支架正常使用時(shí),其側(cè)撐板收回和打開后可適應(yīng)的最大傾角分別為 25°和 36°,滿足井下巷道正常使用要求。
圖4 單列超前支架適應(yīng)橫向傾角
前架與后架之間通過推移千斤頂、連接桿、連接頭相連,前架由推移千斤頂通過特殊推移座和輸送帶自移機(jī)尾連接,以輸送帶自移機(jī)尾為固定點(diǎn),通過收推移千斤頂進(jìn)行移架。后架以前架為固定點(diǎn),通過收推移千斤頂進(jìn)行移架,前后兩架均以拉架的方式進(jìn)行前移,使支架在移架時(shí)盡量走直。推移千斤頂行程為1 800 mm,是工作面支架推移步距的 2 倍。單列超前支架移架順序如下:
(1) 工作面推進(jìn)第 1 刀后,后架前移 1 個(gè)步距,然后轉(zhuǎn)載機(jī)前移 1 個(gè)步距;
(2) 工作面推進(jìn)第 2 刀后,后架再移 1 個(gè)步距,此時(shí)后架推移行程用完,轉(zhuǎn)載機(jī)再前移 1 個(gè)步距;
(3) 工作面推進(jìn)第 3 刀后,前架每次移 2 個(gè)步距,前架推移行程用完,然后輸送帶自移機(jī)尾前移 2個(gè)步距;
(4) 第 1 個(gè)移架結(jié)束,進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
單列超前支架于2021 年 6 月在青龍寺煤礦5-220601 綜采工作面巷道中投入使用,目前使用效果較好。
(1) 單列超前支架代替了原來的單體支柱,提升了支護(hù)和推進(jìn)速度,減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)增強(qiáng)了對(duì)頂板的支護(hù)能力,降低了巷道頂板安全風(fēng)險(xiǎn)。
(2) 為了提高單列超前支架的穩(wěn)定性,支架底座上設(shè)置側(cè)撐板,防倒和穩(wěn)定性方面達(dá)到了較好的使用效果。
(3) 青龍寺煤礦巷道頂板采用鋪網(wǎng)加錨桿錨索支護(hù),底板進(jìn)行砼硬化,頂?shù)装鍡l件比較好,壓力不大,單列超前支架能夠滿足井下巷道支護(hù)需求。
(4) 由于轉(zhuǎn)載機(jī)比較短,前架推移點(diǎn)到達(dá)輸送帶自移機(jī)尾處后,前架可以選擇 2 種移架方式:一是前端不配置推移千斤頂,靠后架的推移千斤頂推著往前走;二是前架與輸送帶自移機(jī)尾連接,靠收前架推移千斤頂進(jìn)行拉架前移。第一種方式易導(dǎo)致前架被推歪,第二種方式增加自移機(jī)尾的前移頻次,原設(shè)計(jì)自移機(jī)尾為工作面割 3 刀移一次,與超前架連接后必須2 刀移一次。考慮到前架歪斜扶架困難,選擇第 2 種方式連接和移架。此種連接的移架方式在超前支架中也是一種新的嘗試,目前移架效果良好。
(5) 單列超前支架采用電液控制系統(tǒng),具備遙控操作功能,可以遠(yuǎn)距離操作,提高了操作安全性。
對(duì)于巷道頂?shù)装鍡l件比較好的工作面,采用單列超前支護(hù)能滿足巷道的支護(hù)要求,但鑒于支架穩(wěn)定性的原因,大部分礦井還是采用兩架一組形式,不僅增加了設(shè)備采購(gòu)成本,還降低了超前支架的推進(jìn)速度。單列超前支架在青龍寺煤礦的成功應(yīng)用,對(duì)單列超前支架的使用和短轉(zhuǎn)載機(jī)配超前支架的移架方式選擇具有一定的借鑒意義。