軒 濤 ,史守忠,趙勛濤,朱孔盛

(兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧二號煤礦,山東濟寧 273500)

較薄煤層工作面端頭支架的研制與應(yīng)用

軒 濤 ,史守忠,趙勛濤,朱孔盛

(兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧二號煤礦,山東濟寧 273500)

目前較薄煤層工作面端頭及平巷的超前支護仍普遍采用傳統(tǒng)的 “十字”頂梁或“一字梁”配合單體液壓支柱的密集支護方法,操作工序繁瑣、支護效率低、勞動強度大、安全狀況差,一直制約工作面快速推進,是工作面安全生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。為此,研制開發(fā)了較薄煤層工作面端頭與巷道超前液壓支架,并在兗礦集團濟寧二號煤礦成功應(yīng)用,實現(xiàn)了端頭支護的支架化、機械化,解決了薄煤層端頭支護難題。

較薄煤層;液壓支架;端頭;超前

Face-end Support of M in ing face in Relatively Thin Coal Seam

綜采工作面端頭一直是工作面安全生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。為此,研制開發(fā)了較薄煤層工作面端頭液壓支架,并在兗礦集團濟寧二號煤礦進行應(yīng)用,效果明顯,解決了工作面較薄煤層端頭支護的難題。

1 結(jié)構(gòu)型式確定

1.1 穩(wěn)定機構(gòu)

支架常用的穩(wěn)定機構(gòu)有四連桿、單擺桿和直線套筒。在所有的穩(wěn)定機構(gòu)中,如不考慮重量要求,以四連桿機構(gòu)最為穩(wěn)定可靠。鑒于端頭支架支護環(huán)境復(fù)雜,為提高其適應(yīng)性,選用四連桿機構(gòu)作為穩(wěn)定機構(gòu)。

1.2 支架型式

根據(jù)頂梁結(jié)構(gòu)不同,端頭支架頂梁結(jié)構(gòu)可分為整體頂梁和分體條狀式頂梁 2種。整體頂梁的優(yōu)點是支護面積大、護頂效果好,缺點是重量重,移架過程中,頂梁上方頂板瞬時失去有效支撐,極易垮落。分體條狀式頂梁的特點是適應(yīng)性好,支架相互之間距離可隨巷道情況進行調(diào)整,重量較輕,盡管防矸效果不如整體頂梁,但其始終能夠?qū)敯逵行е?不會出現(xiàn)頂板失去支撐的情況。對于錨網(wǎng)式支護巷道,選用分體條狀式頂梁結(jié)構(gòu)較合適。

1.3 行走方式

根據(jù)端頭液壓支架與轉(zhuǎn)載機連接關(guān)系的不同,端頭液壓支架行走方式主要有 3種形式。

(1)轉(zhuǎn)載機與端頭支架不發(fā)生關(guān)系 轉(zhuǎn)載機本身設(shè)有自移機構(gòu),可自由移動。如果工作面設(shè)有超前支架,則端頭支架與超前支架互為支點進行移動;如果工作面沒有超前支架,設(shè)置錨固站(柱),端頭支架以錨固站 (柱)為支點進行移動。這種方式的特點是較為靈活,缺點是轉(zhuǎn)載機結(jié)構(gòu)復(fù)雜,同時由于轉(zhuǎn)載機與支架之間沒有約束關(guān)系,容易出現(xiàn)蹩卡現(xiàn)象。

(2)轉(zhuǎn)載機與支架一同移動 該種方式轉(zhuǎn)載機是固定在端頭支架底座上,與端頭支架的底座設(shè)置為一體式結(jié)構(gòu)。同方式⑴一樣,端頭支架和轉(zhuǎn)載機通過超前支架或錨固站 (柱)為支點進行移動。

(3)以轉(zhuǎn)載機為支點進行移動 根據(jù)推移裝置的不同,可分為 2種形式：一種是采用推移框架機構(gòu) (圖 1)。在轉(zhuǎn)載機兩側(cè)焊接推移耳軸,通過限位裝置將推移耳軸固定在推移橫梁上,轉(zhuǎn)載機與支架互為支點進行移動。這種方式的優(yōu)點是推移機構(gòu)結(jié)實可靠,不易損壞;缺點是導(dǎo)向性較差;另一種就是不采用推移框架,而是將推移千斤頂一端與端頭支架連接,另一端與轉(zhuǎn)載機連接,轉(zhuǎn)載機與端頭支架互為支點進行移動。端頭支架充分接頂時,推移千斤頂伸出,推動轉(zhuǎn)載機行走;支架降柱,轉(zhuǎn)載機作為固定點,推移千斤頂收縮拉動端頭支架前移。這種移動方式的特點是可以將超前支架、端頭支架推移千斤頂都與轉(zhuǎn)載機相連,推力大,可實現(xiàn)轉(zhuǎn)載機快速推移。缺點是移架過程中,端頭支架與超前支架間隙較大 (＞推移步距),一般需加設(shè)伸縮梁或挑梁?？紤]到本項目轉(zhuǎn)載機長度為 40m,重量較重,因而采用圖 2所示的推移千斤頂直接推移轉(zhuǎn)載機方式,以加大推力,實現(xiàn)轉(zhuǎn)載機快速移動。

圖1 推移框架式推移機構(gòu)

圖2 推移千斤頂直接與轉(zhuǎn)載機相連

1.4 設(shè)備配套

端頭支架設(shè)備配套主要是解決液壓支架與轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機、采煤機之間相互配合關(guān)系。端頭支架設(shè)備配套從圖紙上可分為縱向斷面配套圖和橫向斷面配套圖。前者解決刮板機、轉(zhuǎn)載機和采煤機與支架的配合關(guān)系,后者確定支架在巷道中的位置以及刮板輸送機與支架搭接關(guān)系。

本次配套的最大難點是：推移步距和滾筒截深較大 (800mm),要求刮板輸送機能夠在架內(nèi)推移一個步距后,采煤機滾筒與支架之間有一定間隙,各部件間不出現(xiàn)干涉;設(shè)備下井尺寸受限,要求頂梁最長不超過 5m。為此,頂梁必須要采用鉸接式頂梁結(jié)構(gòu) (如圖 3),單邊支架采用 3根立柱支撐。上述立柱布置方式除了增加支撐力外,關(guān)鍵是保持頂梁穩(wěn)定性。

圖3 端頭支架縱向配套斷面

為了驗證該種頂梁結(jié)構(gòu)形式是否為穩(wěn)定性結(jié)構(gòu),需將圖 3中頂梁結(jié)構(gòu)簡化為圖 4所示的桿狀結(jié)構(gòu),圖中A,B,C為頂梁柱帽位置,D為前后兩節(jié)頂梁鉸接點。如果頂梁在鉸接點處存在運動,根據(jù)虛功原理可知：

由于B,C點為頂梁柱帽位置,在頂梁充分接頂?shù)那闆r下,可知δ2=0,則有δ3=0,因此有δ1=δ4=0。上式說明,當(dāng)兩頂梁鉸接時,如果有后部頂梁采用 2根立柱支護,則鉸接梁不會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變形,頂梁為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

圖4 鉸接頂梁結(jié)構(gòu)原理

由圖 3所示的配套圖可知,當(dāng)刮板輸送機推出一個步距后 (800mm),采煤機滾筒與支架立柱還有 138mm間隙,同時刮板輸送機機頭與立柱間最小間隙為 205mm,同時行人通道為 848mm,比較寬敞,以上各種數(shù)據(jù)均能滿足要求。

2 主要技術(shù)參數(shù)確定

2.1 支架高度確定

(1)最大高度 考慮到支架的適應(yīng)性,為了使支架充分接頂,支架最大設(shè)計高度一般為巷道最大凈高度 +100～200mm。由于巷道斷面尺寸為4200mm×2600mm,巷道開拓時最大凈高度為2600mm,因此,支架最大高度以 2700～2800mm為宜,確定為 2800m。

(2)最小高度 端頭支架最小高度的確定主要是根據(jù)運輸尺寸和立柱行程要求來綜合確定。為了便于維修,端頭支架選用 φ200mm缸徑單伸縮立柱,相對雙伸縮立柱而言,單伸縮立柱的最大特點是結(jié)構(gòu)簡單,維修方便。如前所述,支架為2800mm,考慮到該型立柱行程約束要求,則將支架最小高度確定為 1600mm比較合理。

2.2 支護強度

研究和實踐表明,端頭支架的支護強度不能過高,一般為工作面支護強度的 0.5～0.7倍即可。礦區(qū)觀測表明,工作面支架支護強度為 0.64MPa,因此,端頭支架的支護強度為 0.32～0.45MPa,取其上限,確定端頭支架的支護強度為 0.45MPa。由于頂梁的長度與寬度已確定,經(jīng)計算可知支架的工作阻力為 7158kN。

3 結(jié)束語

該套支架在濟寧二號煤礦較薄煤層工作面使用比較成功,端頭支護工作量大幅減小,支護時間縮短一半,端頭支護工人數(shù)量減少一半,職工體力勞動減輕消耗20%以上,減少了工作面端頭的循環(huán)準(zhǔn)備和影響時間,加快了整個綜采面的開采速度,單產(chǎn)水平顯著提升。與目前使用的單體支柱相比,采用端頭支架對綜采工作面端頭進行支護,具有更高的安全性和可靠性,具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]王國法,史元偉,陳忠恕,等 .液壓支架技術(shù) [M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1999.

TD355.46

B

1006-6225(2010)01-0071-02

2009-09-01

軒 濤 (1979-),男,山東濟寧人,現(xiàn)任兗礦集團濟寧二號煤礦綜采管理辦公室技術(shù)主管。

張銀亮]