焦 強(qiáng)

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000)

引言

國投煤炭有限公司河南分公司教學(xué)三礦位于登封市徐莊鄉(xiāng)境內(nèi)，礦井生產(chǎn)能力為84萬噸/年。開采煤層為石炭二疊系山西組二1煤層，井田內(nèi)煤厚0－17．43m，平均5．26m，煤層厚度變化較大，屬“三軟”不穩(wěn)定煤層，不易自燃。工作面采用走向、傾斜長壁后退式采煤法，單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)、放頂煤一次采全高采煤工藝進(jìn)行采煤。在生產(chǎn)過程中，這種支護(hù)方式存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、煤炭回收率低、支架穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

隨著開采技術(shù)、支護(hù)工藝、裝備的不斷進(jìn)步，一些新型支架相繼推出，為了解決單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)在生產(chǎn)過程中存在的問題，結(jié)合本礦實(shí)際情況，確定購買北京誠田恒業(yè)煤礦設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZH1600/16/24Z型整體頂梁組合懸移液壓支架。2010年6月28日11111工作面110架全部安裝完畢，6月29日開始試采。經(jīng)過三個(gè)多月的使用，已初步掌握了該支架的性能及使用方法，安全環(huán)境、煤炭回收率、材料節(jié)約等多方面綜合效益有較大提高。

1．11111工作面概況

11111工作面位于11采區(qū)東翼，工作面標(biāo)高在+44．1－+68．0m之間。煤層走向?yàn)?7°，平均傾角為10°，工作面走向長320m，傾向長100－150m，可采儲(chǔ)量為29．0萬噸。工作面內(nèi)煤層厚度為0．5－6．0m，局部有夾矸及薄煤帶;直接頂為細(xì)粒、中粒砂巖，局部以泥巖為主，平均厚度9．0m;老頂為灰色、淺灰色中粒砂巖;直接底板主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖，平均厚度3．2m;老底為中粒砂巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度6．8m，底板屬極軟－松軟類型。工作面上巷進(jìn)風(fēng)，下巷回風(fēng)。

2．懸移支架相關(guān)技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特性及運(yùn)輸、液壓系統(tǒng)設(shè)備

ZH1600/16/24Z整體頂梁組合懸移液壓支架，長度為2．8～3．6m，架寬為0．96m，支架高度為1．6～2．4m，支架行走步距為0．8m，每架四柱。最大控頂距為3．6m，最小控頂距為2．8m，支架中心距1000±20mm。

2．1 懸移支架主要結(jié)構(gòu)特性

(1)頂梁體前端加裝伸縮梁，伸縮梁長度800mm，并預(yù)留放煤口。伸縮梁可對(duì)工作空間及初露頂板進(jìn)行有效的支護(hù)，伸縮靈活，支撐安全可靠，可有效防止片幫冒頂。

(2)每根柱子各一組單向閥，如有漏液現(xiàn)象不會(huì)造成兩根柱子同時(shí)卸壓。

(3)中穿孔吊掛式柱鞋(鑄件)，直徑360mm，每架四個(gè)。

(4)保護(hù)閥組裝置是在操作閥組前加裝擋板，以防止放炮時(shí)崩壞操作閥組，支架前端預(yù)留吊掛防炮簾裝置的位置。

(5)頂梁架與架之間留設(shè)安裝膠皮帶的位置，并可用螺絲固定，以防架間隙漏煤。

(6)后部擋矸板采用H型，規(guī)格:445×800、720×890，防止移架時(shí)矸石從側(cè)面涌入工作面;每架支架的擋矸板下方預(yù)留4個(gè)吊掛擋矸鏈的位置。

(7)架間隙噴霧裝置，每架支架安裝降塵和灑水閥組管路接口及降塵鋼管，便于自行布置噴霧系統(tǒng)，在支架移動(dòng)時(shí)，噴霧裝置主要對(duì)準(zhǔn)架間隙漏煤，噴霧降塵。

(8)集控裝置是利用懸移支架上的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置、操作，該裝置把各部件的使用全部科技化，從控制支架前、后支柱的升降到整體懸梁支架的移動(dòng)，從伸縮梁的使用到拖梁的整體移動(dòng)，全部設(shè)置成把手開關(guān)。輕輕一扳，安全控制懸移支架，大大減小了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(9)移溜器的推廣應(yīng)用，我礦原采煤工作在實(shí)施移溜工藝時(shí)一般采用單體液壓支柱實(shí)施操作，利用單體液壓支柱操作容易出現(xiàn)損壞溜槽、滑落傷人事故、移溜不穩(wěn)定等不安全因素?，F(xiàn)采用的移溜器是利用液壓動(dòng)力，在每隔20米設(shè)置一個(gè)，布置在老塘側(cè)，固定在溜槽的外沿側(cè)。使用該移溜器避免了損壞溜槽、傷人、移溜不穩(wěn)定等事故的發(fā)生。

2．2 運(yùn)輸、液壓系統(tǒng)設(shè)備

工作面使用一部SGB—40T 型刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，回風(fēng)巷運(yùn)輸采用一部SGB－150型刮板運(yùn)輸機(jī)、一部SJ－800型皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，液壓泵站安裝兩臺(tái)PRB5型液壓泵(一備一用)，鑿巖機(jī)YT－2．4兩臺(tái)，煤電鉆EZI－21/2兩臺(tái)。

3．使用情況

3．1 采煤方法

工作面采用整體頂梁組合懸移液壓支架支護(hù)，走向長壁后退式回采，放頂煤一次采全高，全部跨落法管理頂板。煤質(zhì)松軟時(shí)采用風(fēng)鎬、手鎬落煤。采高2．2m，移架步距0．8m，“三八制”正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

3．2 采煤工藝流程

打注水眼→注水→打炮眼、裝藥、放炮→挖梁窩、伸縮梁護(hù)頂→卸載老塘柱→移站老塘柱→收伸縮梁、移架→站煤墻柱→放頂煤→清煤→移溜子→移托梁→整修工程。

3．3 工作面特殊支護(hù)

工作面上安全出口采用長4米，寬0．96米ZH1600/16/24Z型整體頂梁組合懸移液壓支架4架(包含1架過渡支架)。下安全出口采用單體液壓支柱配合4米π型鋼梁進(jìn)行支護(hù)，安全出口長4米，寬0．7米，推進(jìn)過程中切眼逐漸延長，上、下兩巷平行，將更換為4米整體頂梁組合懸移液壓支架4架。

工作面在上、下順槽自工作面煤墻向外使用端頭步移液壓支架和單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)不少于20m的“一梁三柱”進(jìn)行支護(hù)。

4．制定工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)工程質(zhì)量管理，發(fā)現(xiàn)存在問題、及時(shí)解決處理

由于我公司煤礦首次使用整體頂梁組合懸移液壓支架支護(hù)，根據(jù)使用情況制定出支架工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)試采期間出現(xiàn)的問題采取有效措施，保證了采煤工作的安全有序進(jìn)行。

4．1 工程質(zhì)量管理

(1)煤墻柱、老塘柱站直，第一架與最后一架拉一條標(biāo)準(zhǔn)線，偏差±100mm。

(2)工作面支架作到無彎曲，形成緩慢坡度，兩架之間高差不超過30mm。

(3)支架中心距為1000mm±20mm，相鄰棚架間距不小于10mm。

(4)工作面煤墻無片幫現(xiàn)象，特殊情況下要保證片幫深度不超過100mm，但必須閉嚴(yán)填實(shí)。

(5)支架銷子配備齊全，缺少及時(shí)補(bǔ)齊。

(6)液壓系統(tǒng)無漏液現(xiàn)象。

(7)工作面采高:溜子面以上為1900mm±100mm。

(8)托梁與頂梁接觸面必須加肩墊。

(9)采面無支架咬架現(xiàn)象。

工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可概括為“四直、二平、兩間隙”，即“四直”是指支柱直、溜子直、托梁直、煤壁直，“二平”是指溜子平、頂梁平，“兩間隙”是指托梁與頂梁間隙不超過30mm，支架與支架間隙為40mm±30mm。

4．2 試采期間存在問題及解決辦法

在采煤過程中應(yīng)盡可能保持沿底回采，保證工程質(zhì)量，并且及時(shí)調(diào)整推進(jìn)度，保證工作面垂直于上巷，托梁成一直線。

(1)頂梁不平:先采低洼處，然后向兩邊采。

(2)托梁不平:升柱時(shí)落高升低將頂梁調(diào)平。

(3)支柱不直:拉線定柱窩和移架步距。

(4)支架與支架間隙控制:以支架之間能夾住鎬尖為準(zhǔn)，用自制架間隙調(diào)節(jié)器、導(dǎo)鏈或拉木機(jī)進(jìn)行調(diào)整架間隙。

(5)增裝支架:由于工作面上、下巷不平行，造成切眼長度不斷的增長，在增長的支護(hù)部分，推進(jìn)過程中機(jī)頭處支架逐漸向機(jī)尾方向移動(dòng)，移動(dòng)期間不足1．2米的長度時(shí)暫時(shí)用單體液壓支柱配π型鋼梁代替支護(hù)，待增長的部分打到1．2米時(shí)，條件達(dá)到裝設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)開始裝架;a．先拆除單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)，用單體液壓支柱配釬椽做臨時(shí)支護(hù)護(hù)頂，保證裝架地點(diǎn)頂板穩(wěn)定可靠;b．裝架臨近單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)側(cè)打上堅(jiān)固的抬棚;c．用四個(gè)導(dǎo)鏈分別利用抬棚和臨架選擇四個(gè)角平穩(wěn)將增加的支架頂梁緩緩吊起;d．安設(shè)支架液壓支柱。此安裝方法，在最短的時(shí)間里即保證了生產(chǎn)又達(dá)到了安全的效果。

(6)拆減支架:工作面上、下巷與切眼不垂直，隨著工作面向前推進(jìn)為保證支架間隙與安全出口達(dá)到規(guī)定要求，支架向機(jī)尾方向移動(dòng)，拆掉與機(jī)尾安全出口相鄰的2．8米支架，下架前在支架頂梁上方鋪設(shè)釬椽、荊芭進(jìn)行護(hù)頂，在老塘側(cè)鋪設(shè)進(jìn)行背幫，然后進(jìn)行拆架工作，拆架后調(diào)整支架間隙。

5．結(jié)論

5．1 采煤工作面安全狀況顯著改善

(1)支架穩(wěn)定性好:由于工作面支架通過托梁系統(tǒng)聯(lián)為一個(gè)整體，使得支架穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，安全性極大提高。如果某架上方出現(xiàn)頂空或未支撐好，相鄰支架通過前后托梁托起該支架整體支護(hù)頂板，使其不歪扭、不傾倒、不下落，有效避免了工作面歪架、倒架。

(2)護(hù)頂面積大:標(biāo)準(zhǔn)頂梁規(guī)格為寬0．96米、長2．8米的整體箱式結(jié)構(gòu)，護(hù)頂面積可達(dá)95%以上，由于對(duì)頂板實(shí)現(xiàn)了全封閉管理，所以在破碎頂板工作面不會(huì)出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象，消除了頂板掉矸的不安全隱患，支護(hù)效果良好。

(3)所有支柱均吊在頂梁上，消除了支柱倒翻傷人的不安全隱患，消除了因放炮崩翻支柱造成空頂、冒頂?shù)牟话踩[患。

(4)利用擋矸板和加裝擋矸鏈，有效地防止了老塘竄矸，老塘煤的混矸率大大降低，因而煤質(zhì)也得到了相應(yīng)的改善。

(5)空頂面積小，空頂時(shí)間短，能實(shí)現(xiàn)及時(shí)支護(hù)，易于控制頂板。

5．2 改善作業(yè)場(chǎng)所工作環(huán)境，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度

(1)采用整體頂梁組合懸移液壓支架支護(hù)比傳統(tǒng)的單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)減少了很多工序，如單體柱反復(fù)支、撤，頂梁反復(fù)拆移以及工作面打抬棚、戧柱的支設(shè)等。所有支柱均不需要人工搬來搬去。減去了人工回柱、回梁等繁重的體力勞動(dòng)。

(2)移架工序簡單，移架速度快，工人只需扳動(dòng)操作手把即可實(shí)現(xiàn)快速及時(shí)的維護(hù)好頂板。

(3)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，減少了乳化油的消耗，工人不濕衣服，作業(yè)環(huán)境得到改善。

(4)支架僅有2排支柱，工作空間寬敞，工人操作舒適，工作環(huán)境大為改善，視線好有利于安全。

5．3 提高工效，降低生產(chǎn)成本

(1)移架速度快:由于該支架液壓系統(tǒng)采用集中控制，而使前移動(dòng)作簡單，移架速度快，操作靈活，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地提高了工效。隨著工作面條件的好轉(zhuǎn)通過優(yōu)化工序、優(yōu)化勞動(dòng)組織等方式工效有進(jìn)一步提高的空間。

單體液壓支柱配π型鋼梁支護(hù)與懸移支架經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

(2)椽子、荊芭、坑木等軟材料的使用量也大大減少，僅此一項(xiàng)每噸煤可節(jié)約材料費(fèi)0．97元，若年產(chǎn)量按33．6萬噸計(jì)算，每年可節(jié)約資金32．6萬元。

(3)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，減少了乳化液的消耗，既降低了費(fèi)用又減少了對(duì)地下水的污染。

5．4 提高資源回收率

能提前采出老塘煤，根據(jù)工作面煤厚、實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)際測(cè)算后，工作面煤炭回收率可達(dá)到93%以上，而單體支柱工作面的回收率只能達(dá)到90%左右，回收率比單體支柱可提高3%以上，延長工作面回采期限。

6．建議

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)使用情況，現(xiàn)將需優(yōu)化改進(jìn)的一些問題歸納如下:

(1)煤層生產(chǎn)期間保證注水時(shí)間防片幫、掉頂與穩(wěn)定工作面產(chǎn)量的矛盾的問題。

(2)固定前螺絲與伸縮梁缸體進(jìn)液管間隙太小，受力后易變形、破裂。

(3)伸縮梁缸體密封質(zhì)量差，漏液嚴(yán)重不易更換，操作臺(tái)位置不合理，易碰人。

(4)在移架過程中，移過后的支架與未移動(dòng)的支架間的巷道斷面較小，不方便行人、通風(fēng)、作業(yè)的問題。

(5)崩碴炮時(shí)老塘側(cè)支柱上的測(cè)壓表無法進(jìn)行保護(hù)。