综采工作面新型端头液压支架设计研究

曾明胜

(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013)

综采工作面新型端头液压支架设计研究

曾明胜

(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013)

在分析研究现有综采工作面端头液压支架架型及其存在问题的基础上,根据福城煤矿综采工作面地质条件,研制成功了一种新型的适用于大倾角、高巷道工作面的端头液压支架,并就支架的结构特点、技术参数、适应性等作了详细的阐述。工业性试验表明：该端头支架具有结构简单、维修方便、可靠性高、稳定性好,适应性强等特点,具有广泛的推广运用前景。

大采高;综采工作面;端头液压支架

Design for New-style Terminal Powered Support for Steeply-inclined Coal-seam

端头支架支护性能是影响综采工作面能否实现安全高效开采的一个重要因素。根据工作面输送机和转载机的布置方式,国内使用的一次采全高工作面端头支架可以分为两大类：一是适用于交叉侧卸综采工作面的端头支架,这类端头支架一般采用同工作面中部支架相同的架型,只是根据配套情况,支架顶梁相应加长;二是适用于端卸综采工作面的端头支架,分为中置式单排立柱两架一组式、前后架组合式等型式。现场使用情况表明,端头支架(特别是第 2类端头支架)普遍存在支护效率低、支架稳定性差、底座扎底严重、移架困难等问题,迫切需要研制一种新型端头液压支架以满足生产需要。根据新汶矿业集团福城煤矿的工作面地质条件,研制成功了一种适应于大倾角工作面高巷道端头支护的端头支架。

1 试验工作面地质条件

福城煤矿 1901S工作面平均埋深约 280m,平均走向长 1949m,平均倾斜长 174m,最大倾斜长195m,煤层倾角 20～40°,最大倾角 45°,煤层平均厚度 4.8m,煤层坚固性系数 f=3～4,煤层之间有泥岩夹矸,厚 0.3～0.5m,直接顶为生物碎屑灰岩,直接底为粉砂岩。上下巷都为矩形断面,宽4m,高 3.8m。巷道采用锚网支护。

2 新型端头支架设计

2.1 支架的设计要求

根据工作面地质条件,要求研制的新型端头液压支架具有以下技术特点：

(1)支架要求全断面支护,支护强度大于0.6MPa。

(2)支架结构应能适应 4m高的巷道及大倾角工作面的配套要求。

(3)支架对底板比压小,支架底座不扎底,移架顺利。

(4)要有较大的无立柱支护空间,以保证端头设备的正常运转和顺利前移。

2.2 支架主要技术参数的确定

(1)支架工作阻力 按支架支护强度大于0.6MPa,长度 10m,支护宽度 4m计算,要求支架工作阻力大于 24000kN,为保证安全,取支架工作阻力为 25000 kN。

(2)支架支撑高度 巷道高度 3.8m,考虑巷道漏顶可能,支架最大支撑高度取 4.2m,最小高度取 2.3 m。

(3)支架基本架型 支架型式为中置式,左右对称各 1组,每组后部为 1架四柱支撑掩护式基本架型,前部铰接 1组顶梁和底座,用 1根立柱支撑,共 5根立柱,整个端头支架组共 10根立柱,如图 1。

根据上述分析,最终确定端头支架组型号为ZZD25000/23/42型端头支架组,表 1为该型号端头支架组主要技术参数。

2.3 新型端头支架主要结构特点

(1)支架采用转载机中置式左右对称两架一组架型,前部通过推移座与转载机相连,实现推转载机和拉架,移架采用左右迈步移架方式。采用 4根 φ230mm缸径的推移千斤顶,增大了推转载机力和拉架力。

(2)支架主体采用四柱支撑掩护式型式,单架底座宽度达 1.5m,支架支护高度高且稳定性好;支架采用巷道全断面支护,共采用 10根 φ280mm双伸缩立柱,支撑能力强。支架对底板比压小,支架底座不易扎底,拉架顺利。

(3)支架顶梁前端带前梁及伸缩梁,前梁采用 4个 φ160mm缸径前梁千斤顶,支护能力强,伸缩梁采用 4个 φ160mm缸径、行程 900mm的伸缩梁千斤顶,有效保证了支架操作的安全空间。

(4)支架底座采用三段铰接式,既能适应巷道底板起伏变化,又易于保证底座结构强度。

(5)两支架相对侧顶梁及掩护梁带活动侧护板,巷道下帮支架顶梁设计有可翻转的护顶板,可实现护帮也能为行人提供安全的工作空间。

(6)两架前顶梁之间设计有调架千斤顶,通过调架千斤顶防止支架在拉架过程中出现歪斜。

(7)此端头支架用于大倾角工作面能起到很好的端头锚固站作用,通过防止大倾角工作面过渡支架的倒架,来实现整个大倾角工作面支架的防倒,确保工作面的正常运转。图 2为端头锚固防倒断面图。

图1 ZZD25000/23/42型端头支架组结构

图2 端头锚固防倒断面

表1 ZZD25000/23/42端头支架组主要技术参数

(8)行人可通过支架后部通道直接进入工作面,不需要跨越转载机,确保了行人的安全和通道通畅。

(9)支架可实现左右工作面的互换。

(10)支架操作简单,可采用电液控制。

3 新型端头支架的工业性试验及使用效果

此端头支架在新汶矿业集团福城煤矿 1901S综采大采高大倾角工作面配套巷道超前支架进行了工业性试验,端头及超前支架共支护 30m,支护效果十分理想。另外,此种类型的端头支架在铁煤集团大隆、大兴煤矿大采高工作面也已经投入使用,巷道支护高度达 4.5m,支架最大支护高度达 5m,并成功配备了电液控制系统。

工业性试验表明：此端头支架结构简单、维修方便、可靠性高、稳定性好,适应性强,特别是对高巷道及大倾角工作面等复杂地质条件下的端头支护有良好的支护效果,具有广泛的推广运用前景。

[1]王国法,等 .液压支架技术 [M].北京：煤炭工业出版社,1999.

[2]张崇宏 .兖州矿区综放面端头及两巷超前液压支架研制与应用 [J].煤矿开采,2010(3)：80-81.

[3]王国法 .工作面端头与回采巷道超前液压支架与超前支护技术研究 [A].煤炭科学研究总院北京开采研究所 .地下开采现代技术理论与实践新进展 [C].北京：煤炭工业出版社,2007.

[责任编辑：张银亮 ]

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2010-12-22

曾明胜 (1969-)男,江西南丰人,高级工程师,从事综采液压支架及其配套设计,现任开采装备技术研究所一室主任。