張崇宏

(兗礦集團有限公司,山東鄒城 273500)

兗州礦區(qū)綜放面端頭及兩巷超前液壓支架研制與應用

張崇宏

(兗礦集團有限公司,山東鄒城 273500)

針對綜放工作面端頭及兩巷采用傳統(tǒng)單體支柱支護方式所存在的安全與效率問題,兗礦集團研發(fā)了成套綜放工作面端頭及兩巷超前支護液壓支架,從而實現(xiàn)了綜放工作面端頭及兩巷超前支護的機械化。闡述了該項技術(shù)所包括的端頭及兩巷超前支護液壓支架的設計要求、結(jié)構(gòu)特點、試驗與改進途徑。并就應用推廣前景做了分析。

超前支護;液壓支架;結(jié)構(gòu)特點;試驗

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綜放工作面端頭區(qū)及兩巷超前支護是影響綜采放頂煤工作面能否實現(xiàn)安全高效開采的一個關鍵因素。在兗州礦區(qū),綜放工作面端頭及兩巷的超前支護傳統(tǒng)上普遍采用十字金屬鉸接頂梁 (或一字梁)配合單體液壓支柱進行支護。因該處應力狀態(tài)復雜、巷道變形嚴重,致使支護難度大、用工耗時多、安全狀況差,同時因超前支護距離長、勞動強度大、工作環(huán)境差,導致生產(chǎn)受影響、工作面單產(chǎn)降低。雖然綜放面的裝備水平能力很高,但是以單體支柱為主的支護方式增大了回料工作的危險性,給綜放工作面的高效推進和安全管理帶來一定困難,同時降低了端頭及兩巷超前支護區(qū)的機械化程度,成為綜采放頂煤機械化開采技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)。研究開發(fā)機械化、高效率、更安全的新型端頭及兩巷液壓支架,實現(xiàn)端頭支架及兩巷超前液壓支架支護與工作面大功率裝備的全面配套是必要的。

1 綜放面端頭及兩巷超前液壓支架的設計

兗州礦區(qū)綜放工作面兩巷的礦壓特點與錨網(wǎng)支護參數(shù):實體煤巷道 (運輸巷)受工作面超前支承壓力影響范圍 25～38m,平均 30m,影響高峰區(qū)距煤壁 10m以內(nèi);沿空巷道 (軌道巷)受工作面超前支承壓力影響范圍 80～150m,一般為 110m,影響高峰區(qū)距煤壁 40m以內(nèi),頂?shù)装逡平坷塾嫗?400～1250mm,平均達 1050mm,兩幫移近量累計為 600～2500mm,平均達 1500mm。運輸巷斷面規(guī)格一般為微梯形,巷道上凈寬 4000mm,下凈寬4400mm,凈高 3000mm,采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。沿空軌道巷斷面規(guī)格為微梯形,上凈寬 4000mm,下凈寬 4600mm,高 3000mm,錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。

設計端頭及兩巷超前支護液壓支架的主要技術(shù)要求:

(1)端頭及兩巷超前支護液壓支架能夠適應支護斷面尺寸的變化,有效地維護工作面端頭及兩巷的斷面空間;護幫、護巷效果好、能有效控制巷道變形,確保足夠的行人和運輸空間。

(2)按照《端頭液壓支架技術(shù)條件》要求,端頭支架具有切頂能力強,支架應保證工作面巷道出口高度 1.8～2.4m,人行通道寬度不低于 1.2m。

(3)支架動作靈活輕便,能夠和工作面其他設備有效協(xié)調(diào)配合,拉移動作快速便捷。

(4)機械化程度高,操作簡便,取消繁重體力勞動。

(5)支架結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠。

(6)支架設計工作阻力高、支護面積大、強度高,對頂板支護能力進一步增強。

(7)支架與綜放設備配套可滿足年產(chǎn) 3～6Mt產(chǎn)量的要求。

(8)能在各種條件下順利拉架,特別是當無法進行正規(guī)循環(huán)時,采煤機冷卻水、降塵水以及采空區(qū)的大量淋水都會積聚在下端頭處,造成移架困難,要求支架具有較大的拉架力,設計推移千斤頂?shù)睦芰Σ恍∮诙祟^支架總重量的 3倍,頂梁要設置調(diào)架裝置。

(9)支架推移機構(gòu)的推力應大于 1.3倍的拉架力,以克服推移過程中所遇到的各種阻力之和。

(10)支架的服務年限要超過 7a,大修周期達到3a。

(11)支架應與工作面的地質(zhì)條件、巷道尺寸、配套設備等相適應,具有方便使用的性能。

(12)要保證較大的無立柱空間,以保證端頭處設備的正常運轉(zhuǎn)及順利前移。

(13)在設備的設計、制造和使用性能上,總體達到國際領先水平。

研制所遵循的原則:綜放工作面端頭及兩巷超前液壓支架的研究與制造遵循逐步改進與完善的原則。首先是研制適用于條件較好的綜放工作面實體煤運輸巷端頭及兩巷超前支護液壓支架;之后是研制支護強度提高、支護空間擴大的綜放工作面軌道巷端頭及兩巷超前支護液壓支架;最終研制出了適用范圍涵蓋兗州礦區(qū)的系列成套綜放工作面端頭及兩巷超前液壓支架。

2 端頭及兩巷超前支架結(jié)構(gòu)特點與主要技術(shù)參數(shù)

2.1 運輸巷端頭及超前支護液壓支架

通過設計與結(jié)構(gòu)力學計算,在系列型式型號運輸巷端頭及超前支護液壓支架研制與工業(yè)性試驗的基礎上,通過不斷改進在工業(yè)性試驗過程中暴露出的各種問題,完成了對較為完善的 ZT24500/18/35型綜放工作面實體煤運輸巷超前支護液壓支架的研制研發(fā)。支架的結(jié)構(gòu)型式為二架型三組合左右邁步式。由超前支架、端頭支架組成。其中,超前支架2架,為六柱兩架一組結(jié)構(gòu);端頭支架 1架,為八柱兩架一組結(jié)構(gòu),前帶鉸接前梁形式。超前支架設計成六柱結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊,受力均勻,四連桿加單擺桿機構(gòu),確保了支架的穩(wěn)定性,頂梁配置與推移步距相適應的調(diào)架千斤頂,有效防止了左右倒架并確保順利移架。端頭支架設計成八柱結(jié)構(gòu),頂梁亦配置了調(diào)架千斤頂,鉸接頂梁帶鉸接前梁結(jié)構(gòu)形式,提高了對頂板的適應能力和支撐能力。該架型整架工作阻力達到 24500kN,支護高度為 1.8～3.5m,支護長度約為 32m,其中超前支護長度約為 21.3m,適用于綜放工作面實體煤運輸巷端頭及超前支護。

2.2 沿空軌道巷超前支護液壓支架

該型綜放工作面端頭及沿空軌道巷超前支護液壓支架的結(jié)構(gòu)形式為四架型八組合左右邁步式。包括端尾支架 1架、端頭支架Ⅱ型 1架、端頭支架Ⅰ型 2架、超前支架 3架和錨固支架 1架,除端尾支架為支撐掩護式以外,其余支架均為 2架 1組架型,互換性提高。錨固支架同端頭支架Ⅰ型架型相同,均為四柱支撐,結(jié)構(gòu)簡單,可以互換使用,并且可以根據(jù)巷道的支護需要任意組合,調(diào)整超前支護的長度,支護長度約 65.5m,其中超前支護長度為 58.8m。超前支架設計成八柱結(jié)構(gòu),受力均勻,四連桿加單擺桿機構(gòu),確保了支架的穩(wěn)定性。端頭支架Ⅱ型的頂梁前后均帶鉸接前梁,靠近端尾三角區(qū)域的前梁,不用時可以拆掉,增加了端尾三角區(qū)域內(nèi)對頂板的適應性。端尾支架設計成六柱支架,鉸接頂梁帶鉸接前梁結(jié)構(gòu)形式,提高了對頂板的適應能力和支撐能力。錨固支架和超前支架的推移行程滿足 2個推移步距要求,減少了對頂板的反復支撐次數(shù),且頂梁和底座都配置了與 2個推移步距相適應的調(diào)架和調(diào)底千斤頂,有效防止左右倒架和底座內(nèi)收,確保順利移架和行人空間。端頭支架Ⅰ型和端頭支架Ⅱ型推移行程滿足 1個推移步距要求,配合工作面及時移架,提高了工作效率,且頂梁和底座都配置了與 1個推移步距相適應的調(diào)架和調(diào)底千斤頂。該架型支架整體工作阻力為 103500kN,適宜于綜放工作面端頭及沿空軌道巷超前支護,尤其對大斷面、大變形、應力場復雜且應力水平高的綜放沿空軌道巷的控制效果更加明顯,結(jié)構(gòu)性能更趨完善。

3 綜放面端頭及兩巷超前液壓支架工業(yè)性試驗

系列綜放工作面端頭及兩巷超前支護液壓支架,歷經(jīng) 7種架型。先后于 2004年 12月～2007年06月陸續(xù)在興隆莊煤礦 4301綜放工作面、鮑店煤礦 1314綜放工作面、鮑店煤礦 1316綜放工作面和興隆莊煤礦 1308綜放工作面等現(xiàn)場進行了井下工業(yè)性試驗。

其中首套 ZT9800/16/30型運輸巷端頭液壓支架在興隆莊 4301綜放面進行了工業(yè)性試驗。該面埋藏深度為 238.03～293.22m。所采煤層為 3煤,煤層厚度 5.85～9.40m,平均 8.2m。煤層傾角 3～10°,平均 5°,煤層硬度系數(shù) f=2.3。工作面面長176m,推進長度 667m,工業(yè)儲量 1.3Mt,設計采出煤量 1.088Mt,工作面設計采出率 83.7%。兩巷為錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護。

首套 ZT83200/19/35型綜放工作面軌道巷(沿空)端頭支架,在鮑店煤礦 1316綜放面軌道巷及端部出口進行了工業(yè)性試驗。該面埋藏深度為320.95～393.75m。3層煤硬度系數(shù) f=3.1～3.9,煤層厚度 8.18～8.74m,平均厚 8.53m,煤層傾角4～11°,平均 6.5°。工作面傾斜長 170m,推進長度 543m,工業(yè)儲量 1.063Mt,設計采出煤量903.6kt,工作面設計采出率 85%。

系列工業(yè)性試驗中,研制的各型端頭及超前支護液壓支架所存在的主要問題是:前期研制的架型有倒架、拉移千斤頂彎曲、內(nèi)架與外架工作面不互換、支架移動和電纜水管移動相互干涉、立柱漲缸、錨固裝置易跑偏、端尾支架的支護強度與切頂力不足等現(xiàn)象。在階段性成果及持續(xù)改進過程中,支架結(jié)構(gòu)性能逐步實現(xiàn)了與工作面設備的總體協(xié)調(diào)配套。最終形成了適應兗州礦區(qū)綜放工作面煤層賦存條件和安全高效生產(chǎn)要求的 ZT24500/18/35型運輸巷端頭及超前支護液壓支架,ZT103500/22/38型沿空軌道巷端頭及超前支護液壓支架。

4 結(jié)論

試驗與應用實踐證明,端頭及兩巷超前支護液壓支架左右邁步式結(jié)構(gòu)設計合理,操作與維護方便,支護強度高。與工作面過渡支架、中間支架、前后部刮板輸送機、采煤機、轉(zhuǎn)載機等設備的總體配套運動關系協(xié)調(diào)。實現(xiàn)了綜放工作面端頭及兩巷超前支護的機械化。同時,由于該項技術(shù)取消了傳統(tǒng)的單體支柱支護方式,因而改善了職工的作業(yè)環(huán)境,提高了礦井安全高效生產(chǎn)裝備水平。

TD355.46

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1006-6225(2010)03-0080-02

2010-04-28

張崇宏 (1964-),男,山東膠南人,高級工程師,綜機管理中心總工程師,多年從事綜采掘裝備管理和技術(shù)研究工作。

[責任編輯王興庫]