综放工作面回风巷支护成套设备研制与应用

鲁国芹，王翔，杨玲

（河北天择重型机械有限公司，河北邯郸056200）

0 引 言

目前，我国煤矿井下综采工作面的超前段支护方式大致有两种：π 型钢梁与单体液压支柱相配合液压支架；迈步自移式超前液压支架。前者需占用行人空间，钢梁和单柱依靠人工搬运，存在劳动强度大、工作效率低、支护强度有限，拆移过程中存在较多安全隐患等缺点；后者在移架过程中对巷道顶板反复支撑易造成顶板破碎，且移动速度较慢导致端头空顶时间长，随着开采深度的增加，顶板破碎程度、下沉速度和变形幅度等矿压作用逐步凸显，可能出现巷道顶板压死超前支架的现象，采用人工放顶、卧底等应对措施不仅耗费人力、物力，还浪费大量工作时间，超前支架撑不住、移不动，对生产带来极大影响。因此，迫切需要研制一种安全高效且适合巷道压力大的超前支护设备。

1 超前支护成套设备的研发

1.1 使用条件

峰峰集团大淑村矿172404 工作面平均走向长度为695.5 m，倾斜长度平均为97 m,倾角平均为14.7°,面积为67 464 m2，工业储量为564 674 t，可采储量为463 032 t。上巷采用锚网索支护，矩形巷道，巷道规格为4 m×4 m。

1.2 主要技术参数

1）ZQ1800/19/40 门式超前支架架型为门式超前支架；高度为190～4000 mm；顶梁宽度为500 mm；中心距为800 mm；初撑力为1603 kN（P=31.5 MPa）；工作阻力为1800 kN（P=35.4 MPa）；支护强度为0.4 MPa；泵站工作压力为31.5 MPa。

2）支架运输车轨距为1000 mm；轴距为1500 mm；轮径为φ200 mm。

3）运输车轨道及安装架，轻轨型号为22 kg/m；轨道规格为800 mm/根；轨道长度为30 000 mm。

1.3 设计特点

综放工作面回风巷支护成套设备的结构型式如图1所示。

图1 回风巷支护成套设备

1.3.1 门式超前支架主要结构

1）门式超前支架由2 根伸缩式立柱与顶梁两端固定连接形成门式结构，立柱上端与顶梁固定连接且底端固定安装有底靴；2）顶梁由主梁和2 个伸缩梁组成，主梁和伸缩梁均为空心箱体，主梁两端套装有伸缩梁；3）主梁和伸缩梁通过2 根伸缩千斤顶连接，伸缩千斤顶两端分别固定在主梁和伸缩梁箱体内壁上，通过伸缩千斤顶可使顶梁缩短，便于运输；4）立柱底靴采用箱型结构；5）顶梁两端连接护板可旋转90°, 用销轴机械固定；6）顶梁上部焊接防滑条，便于放置枕木，顶梁箱体下方焊接挂钩。

1.3.2 支架运输车主要结构

1）支架运输车主要由行走轮、车盘、升降千斤顶、导向筒和承重平台组成。

2）支架运输转动端与承重平台连接，承重平台由上下两部分组成，设有轴承与轴配合的旋转机构，上部承重板可通过旋转机构旋转360°。

1.3.3 轨道

1）轻轨。选用22 kg 轻轨，每段轻轨长度为800 mm,轻轨两端钻孔，便于与轨道组件连接。

2）轨道组件。轨道组件分A、B 两种：A 型数量较多，将轻轨放置于轨道组件内，使用高强螺栓接轻轨与轨道组件。B 型轨道组件共2 件，组件两端焊接圆槽，便于打点支撑，轨道组件中间焊接耳板，可以安装开口滑轮或锁具卸扣，便于下坡运输时限位。另外，轨道铺设前应先清理巷道底板，巷道底板的走向倾角应不大于10°。

2 超前支护成套设备的应用

超前支护成套设备的工作面应用情况如图2 所示。

2.1 操作

1）将门式超前支架按间距800 mm 在需要支护的25 m 长回风巷道内完成支护，支护完毕需要转移至下一支护点时，将支架运输车沿轨道移动到门式支架下，控制支架运输车中升降千斤顶活塞杆伸出，将旋转平台升起至其托住超前支架中主梁，控制伸缩梁收回，控制立柱收回，放松主梁，使门式支架整体落在支架运输车中的旋转平台上，控制升降千斤顶降至合适位置，人力转动超前支架中立柱，由于支架运输车中轴承的旋转，使门式超前支架在巷道中竖向放置避免在运输过程中与巷道侧壁碰撞。

2）绞车牵引支架运输车在轨道上行走，支架运输车托着超前支架移动至下一支护点。

3）支架运输车行走的同时，靠人力拆卸一节轨道，随支架运输车一同运送至下一支护点。

4）靠人力将超前支架旋转成横向放置，对正需要支护的位置，控制支架运输车中升降千斤顶活塞杆伸出至超前支架中主梁接触巷道顶板，伸缩梁伸出，控制立柱伸开，直至柱靴接触地面且主梁完全撑住顶板，支架运输车中升降千斤顶活塞杆收回，使旋转平台与超前支架中的主梁分离，便可进行该支护点的支护工作。

按上述操作顺序完成该超前支护系统的循环工作。

图3 超前支护成套设备移架状态模拟演示

2.2 技术关键及创新

1）门式超前支护成套设备，化整为零，移架方式采用运输车配合轨道逐架前移，较传统超前支护方式具有结构简单、安装方便、移动灵活、安全系数高、推进速度快、劳动强度低等优点。

2）每台门式超前支架为独立支撑单元，避免大面积反复支撑顶板，保证应力集中区顶板的完整性。

3）运输车的承载平台通过千斤顶调节高度且360°自由旋转，提高了支护设备移设的安全性，便于搬运。

4）运输轨道为可拆卸式，拆装方便，随支护设备一同前移，在超前支护段前端循环铺设，从而实现了复杂地质条件下的快速移架。

3 结 语

工作面使用超前支护成套设备后，大幅减少了超前支护的工作量，每班超前支护、切顶排放顶和推移工作面溜子机头由原来的6 人作业减少为2～3 人作业，每班可节约3～4 个用工。按每天节约用工6 个，每工年平均工资6 万元计算，每年可节约人工工资36 万元。

超前支护成套设备结构简单，便于安装和拆卸，安全系数高，减少人工抬运点柱的工作量，减轻工人劳动强度，降低挂梁期间人员高空作业的风险，使用支架运输车的移架方式，有效解决交替移步式超前支架对巷道顶板的反复支撑问题。使用超前支护成套设备配合新型采煤工艺，移架简单，在生产过程中即可完成超前支架的移设,降低工作面人工成本，为煤矿工作面超前支护提供新思路、新方法。