李新文

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司）

低位放頂煤液壓支架通過頂梁的反復(fù)支撐，使得頂煤充分破碎垮落，由于放煤效果好、煤塵較少、抗偏載和抗扭能力強(qiáng)，在提高煤炭回收率的同時，加強(qiáng)了對采空區(qū)頂板的維護(hù)，是目前廣泛使用的放頂煤液壓支架［1-4］。

近年來，以低位放頂煤支架尾梁和插板為主體的研究得到了越來越多的關(guān)注。張德生［5］為提高后部大塊煤矸破碎效率，設(shè)計依托于支架尾梁安設(shè)乳化液沖擊破碎錘，實現(xiàn)高速重載沖壓破斷。文獻(xiàn)［6-7］通過剛?cè)狁詈戏?、運用液壓支架空間力系，得出了尾梁的外載荷和扭矩，為支架受力分析提供參考。商獻(xiàn)偉［8］對支架尾梁裝置機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理改進(jìn)，使得插板在尾梁內(nèi)伸縮更加順暢。在綜放工作面正?；夭蓵r，支架插板跌落情況時有發(fā)生，但是上述研究并沒有對插板跌落和插板不動作的原因、井下如何安裝補(bǔ)充支架插板和更換插板頂進(jìn)行研究。

以潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)N2103工作面為工程背景，通過對低位放頂煤支架尾梁受力進(jìn)行分析，采用提前聯(lián)網(wǎng)上料管理頂板，待頂網(wǎng)到老塘側(cè)時，利用倒鏈將插板吊起，配合尾梁千斤頂將插板安裝到位。由于低位放頂煤液壓支架安裝插板，更換支架插板頂工序基本一致。因此，重點概述缺失插板支架安裝插板的技術(shù)。

1 工作面概況

N2103 工作面膠帶順槽長3 100 m，回風(fēng)順槽長度達(dá)2 971.3 m，可采長度2 826 m，煤層平均厚度為6.4 m，煤體密度1.39 t/m3，實際可采儲量為770.4 萬t。N2103 工作面采用走向長壁低位放頂煤全部垮落式機(jī)械化采煤法。

N2103 工作面切眼長321 m，切眼布置有176 組ZF10000/21/38 型低位放頂煤液壓支架。圖1 為ZF10000/21/38 型液壓支架平面圖，其主要技術(shù)特征詳見表1。

余吾煤業(yè)N2103 工作面支架全部由S1206 工作面直接倒運安裝到位。由于支架未上井檢修，支架使用時間長。為提高煤炭資源回收率，現(xiàn)場嚴(yán)格要求N2103工作面放煤架全矸收窗。

N2103 工作面從2016 年7月份開始回采，在工作面回采的4 a 內(nèi)，工作面共有15 組支架插板跌落，75組支架插板頂失效不收。缺失插板的支架在相鄰支架放煤時容易漏矸，影響管理支架后方的采空區(qū)，漏矸嚴(yán)重時壓死后溜輸送機(jī)，導(dǎo)致整個工作面直接停產(chǎn)。插板頂不動作的支架，無法調(diào)節(jié)擺動插板進(jìn)行放煤作業(yè)，導(dǎo)致部分頂煤遺留至采空區(qū)，造成頂煤回收率低。為保證正規(guī)循環(huán)，急需對缺失的支架插板和插板不動作的支架采取有效措施。

2 支架插板受力分析

2.1 插板受力分析

圖2為綜放工作面垮落巖層結(jié)構(gòu)圖，由于在煤壁前方支撐壓力作業(yè)下，頂煤開始出現(xiàn)壓裂效應(yīng)，隨著工作面推進(jìn)，破裂的頂煤由于受到的約束和支撐壓力變小，在支架反復(fù)支撐、頂板壓力作業(yè)下發(fā)生破碎，并堆積在支架上方和掩護(hù)梁上。

根據(jù)綜放工作面頂板垮落結(jié)構(gòu)圖，文獻(xiàn)［6-7］構(gòu)建了如圖3 所示的支架外載荷受力模型。圖3 中N1～N4表示支架受到的頂?shù)装鍓毫?，T1和T2表示頂?shù)装鍖χЪ艿哪Σ亮?。低位放頂煤支架插板是掩護(hù)采空區(qū)和實現(xiàn)放頂煤的重要部件，不僅需要支撐來自采空區(qū)頂板壓力N5的高負(fù)荷靜載荷作用，還需承受放煤過程中散體煤流和大塊矸石對插板和尾梁的振蕩沖擊作用［8-10］。

2.2 插板跌落及插板頂失效原因

（1）支架插板由2 根插板千斤頂來控制，若2 根插板頂不能正常同步伸縮，插板整體受力斜偏和蹩卡，長此以往，導(dǎo)致插板跌落。

（2）支架插板通過尾梁頂?shù)倪B接銷軸與尾梁機(jī)械鎖固相連，一旦聯(lián)結(jié)銷軸斷裂，插板在自重力作用下，導(dǎo)致支架插板跌出尾梁腔體。

（3）大塊煤矸碰撞尾梁千斤頂劃傷活塞桿鍍層，進(jìn)而活塞桿密封失效、插板頂串漏液不能自收，無法進(jìn)行放煤作業(yè)。

（4）支架插板破碎大塊煤矸屬于準(zhǔn)靜態(tài)擠壓劈裂破碎［5］。當(dāng)破碎堅硬塊矸或巖石時，容易導(dǎo)致插板頂活塞桿體變形，插板無法實現(xiàn)往復(fù)伸縮。

3 支架頂板提前管理

由于安裝支架插板需進(jìn)入支架后方作業(yè)，不僅靠近工作面采空區(qū)，而且作業(yè)空間狹小。如何在頂板管控有效的情況下，安全高效地安裝支架缺失的插板就顯得尤為關(guān)鍵。本研究借鑒綜放工作面收尾工藝，切實加強(qiáng)支架頂板管理，為更換支架插板提供有利條件。

3.1 金屬網(wǎng)鋪設(shè)

第1 趟先上3 m 網(wǎng)片，對安裝插板的支架和相鄰2 組支架，每1 架上1 片（規(guī)格3 m×1 m，網(wǎng)格40 mm×40 mm，10#鉛絲）。上第1趟網(wǎng)片時，先將3 m網(wǎng)片沿長度方向?qū)Π肫秸郏雸A從中間穿過并用綁絲相聯(lián)；落小梁并打出伸縮梁，將半圓和網(wǎng)片塞到伸縮梁上，伸縮梁挑住半圓后，將支架升緊。

工作面推進(jìn)1 刀后，開始上5 m 雙層金屬網(wǎng)，要求金屬網(wǎng)沿平行切眼方向鋪設(shè)，雙層網(wǎng)重疊交錯鋪開，網(wǎng)片搭接長度不少于200 mm，搭接處上下兩邊均雙絲三扣，孔孔相聯(lián)，聯(lián)網(wǎng)后梳理成辮，保證支架安裝插板時頂板不漏矸。

3.2 工字鋼安裝

開始上第1趟雙網(wǎng)時，對安裝插板的支架上工字鋼管理頂板。選用4 m 的11#礦用工字鋼，每刀煤平行與工作面方向鋪設(shè)1～2根，搭接到相鄰支架上的長度不少于1 m?？筛鶕?jù)工作面現(xiàn)場頂板條件，適當(dāng)增加工字鋼的數(shù)量和上料范圍。

為加強(qiáng)頂板支護(hù)，要求每刀煤鋪設(shè)1趟雙層金屬網(wǎng)和工字鋼，隨著工作面推進(jìn)，當(dāng)支架頂網(wǎng)壓住掩護(hù)梁時，停止鋪設(shè)金屬網(wǎng)和工字鋼。圖4為采空區(qū)老塘頂板壓住雙層金屬網(wǎng)時，支架整體的頂板管理示意圖。

4 安裝支架插板工藝流程

4.1 準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

安裝支架插板前，將后溜全部開空并拖過后溜，將支架插板運輸?shù)轿?。提前將尾梁腔體內(nèi)清理干凈，避免較硬的碳塊或石頭遺留在尾梁腔體內(nèi)，保證插板導(dǎo)軌無阻擋。

工作面所有支架尾梁升徹并伸出插板，將需待安裝插板的支架拉出超前架，保證進(jìn)入后溜有足夠作業(yè)空間。由于需安裝插板的支架后方，已提前鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)并用工字鋼搭接在相鄰架間支護(hù)老塘，保證了安全作業(yè)空間。若采空區(qū)老塘緊跟，提前用DW20-180/110 型單體柱或φ200 mm 圓木打設(shè)戧柱支護(hù)相鄰支架采空區(qū)，確保安裝支架插板時頂板管控有效。

4.2 安裝支架插板

圖5（a）為缺失插板和插板頂?shù)奈擦呵惑w示意圖，由于支架沒有插板，導(dǎo)致支架后方的采空區(qū)頂板得不到有效的支護(hù)。尤其是支架進(jìn)行放煤作業(yè)時，無法伸出插板擋住煤矸，極易導(dǎo)致采空區(qū)大塊矸石流入后溜，擁堵放煤通道。

如圖5（b）所示，為保證順利安裝支架插板，需先將2根插板千斤頂伸出活塞桿，將插板頂末端穿過尾梁中間箱體內(nèi)部，通過固定銷軸將插板頂末端與尾梁腔體內(nèi)的耳銷底座相連。

如圖5（c）所示，將插板頂活塞桿完全收回，將2個5t 倒鏈分別固定到掩護(hù)梁兩側(cè)的吊裝孔作為插板起吊的著力點，然后用倒鏈將插板緩緩起吊，插板在受斜向上方的合力作用下被逐漸吊起。當(dāng)插板緊靠尾梁時，操作本架尾梁手把調(diào)節(jié)尾梁擺動、倒鏈起吊調(diào)整插板方向和角度，方便將插板拉進(jìn)尾梁腔體內(nèi)。

如圖5（d）所示，支架2根插板千斤頂伸出尾梁腔體，將插板頂活塞桿頭與插板耳銷底座用連接銷軸固定。由于尾梁腔體內(nèi)布置有導(dǎo)軌和導(dǎo)條，插板安裝在滑道里，從而保證插板運動時，以尾梁裝置上下2 個面作為縱向滑動導(dǎo)向面、以尾梁腔體內(nèi)的導(dǎo)軌與插板主筋作為配合導(dǎo)向面，使插板實現(xiàn)伸縮往復(fù)動作。

值得說明的是，缺失插板的支架安裝插板、插板不動作的支架更換插板頂，兩者的安裝工序區(qū)別是后者先將倒鏈固定插板，然后拆卸插板連接銷軸，依次將插板和插板頂進(jìn)行回撤。將支架插板頂準(zhǔn)備到位，即可如圖5所示進(jìn)行安裝支架插板工序流程。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

通過提前聯(lián)網(wǎng)和上工字鋼管控支架頂板，在頂板管控有效的情況下，先安裝插板頂，用吊鏈配合尾梁，操作尾梁手把調(diào)節(jié)尾梁擺動、倒鏈起吊調(diào)整插板方向和角度，以便將支架插板安裝到位。截止目前，N2103 工作面已累計補(bǔ)充5 組支架插板，現(xiàn)場應(yīng)用效果明顯，其余無插板支架和插板頂不回收支架正在逐步更換。

5.1 安全效益

（1）缺失插板的支架安裝插板后，通過尾梁和插板的協(xié)調(diào)配合，有效地支撐破碎的頂煤及采空區(qū)，維護(hù)了采場的頂板安全和安全作業(yè)空間，保證了放煤作業(yè)的連續(xù)性，避免了作業(yè)人員進(jìn)入后溜破碎矸石，創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。

（2）更換完畢支架插板頂后，通過支架插板破碎大塊硬煤和破壞掩護(hù)梁上方的“煤拱”和“煤矸拱”，在提高煤炭回收率的同時，隔絕了采空區(qū)大塊矸石進(jìn)入后溜，保證了N2103工作面安全高效生產(chǎn)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）N2103 工作面實行“二九一六制”組織生產(chǎn)，即2 個生產(chǎn)班、1 個檢修班生產(chǎn)。N2103 工作面剩余回采長度468 m，日循環(huán)3.0 刀煤，每刀進(jìn)尺0.8 m，剩余可采期為195 d。以每個生產(chǎn)班后溜涌煤影響1 h進(jìn)行計算，預(yù)計節(jié)約生產(chǎn)時間350 h，N2103 工作面可以提前27 d回采完畢。

（2）工作面75 組支架插板不動作，造成3.2 m 厚的支架頂煤遺留采空區(qū)。更換支架插板頂后，按放煤回收率92%進(jìn)行計算，75 架×1.75 m/架×3.2 m×468 m×1.39 t/m3×92%=25.1 萬t，即可多回收25.1 萬t煤炭資源。

6 結(jié)語

本研究的安全和經(jīng)濟(jì)效益分析是基于N2103 工作面目前的支架插板和插板頂?shù)那闆r。值得注意的是，若不積極采取安裝支架插板和更換插板頂措施，隨著工作面的回采，N2103工作面整體支架的插板工況影響生產(chǎn)將變得更加突出。

通過以N2103工作面ZF10000/21/38型低位放頂煤支架缺失插板和插板頂不動作為出發(fā)點，針對性地提出提前鋪設(shè)金屬網(wǎng)和上工字鋼管理支架頂板，安裝插板的準(zhǔn)備工作和工藝流程。現(xiàn)場應(yīng)用效果明顯，可操控性強(qiáng)，為類似條件的放頂煤支架安裝插板提供了有益參考。