单元式充填液压支架研究

程 骏，王 瑜

（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013;2.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710054）

单元式充填液压支架研究

程 骏1，王 瑜2

（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013;2.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710054）

单元式充填支护系统采用条带开采的减沉理念，使用新型充填液压支架，仅需将高水充填材料注入采空区条带范围内，待充填材料凝固后即可控制顶板及上覆岩层活动。实践证明，上述方法采煤效率高，充填成本低，能够有效控制地表变形。

单元式充填;液压支架;高水材料

充填开采是实现煤炭绿色开采的重要途径，可有效控制顶板下沉，减少“三下”采煤带来的压煤问题。目前，国内主要有3种形式的充填开采方法:矸石充填、膏体充填和高水材料充填［1］。

与其他充填技术相比，高水材料充填技术具有以下优点:充填材料中水的体积约占95%，可利用重力作用将充填材料通过封闭的充填管路从地面输送至采空区，简化了其他充填技术所需的庞大充填系统;高水材料能迅速接顶，提高采空区充填的饱满度，使凝固后的固结体尽快控制顶板及上覆岩层活动，从而达到有效减缓地面沉降的目的。

1 单元式充填支护系统

单元式充填支护系统由若干个可以满足工作面综采功能要求的反四连杆充填液压支架和作为充填墙的直线式充填液压支架组成充填开采工作面的支护单元，若干个充填工作面支护单元组成一个工作面支护系统，如图1所示。直线式充填液压支架的间距根据工作面的具体条件及充填工艺来确定，一般在10m左右。间距过大，充填袋重量大，不利于工人井下搬运，袋破后的处理也比较麻烦;间距过小，未充填区太多，对顶板的支护效果不好。

单元式充填支护系统借助条带开采的减沉理念，随着工作面向前推进，在采空区构筑相间的充填条带，即仅在采空区条带范围内布置充填袋，袋内充入高水充填材料，凝固后对上覆岩层直接进行支撑。只要保证非充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断垮距，且充填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表沉陷。

充填高水材料前，通过销轴与直线式充填液压支架连接的反四连杆充填液压支架需要与同一单元中相邻的反四连杆充填液压支架滞后一个步距，以供工作人员进入将充填袋放入待充填的采空区中。

1.1 反四连杆充填液压支架

反四连杆充填液压支架是充填采煤工作面的主要装备之一，与采煤机、刮板输送机配套使用，起着支护顶板、提供安全作业空间和充当密封墙的作用，如图2所示。该支架主要由顶梁、四连杆机构、立柱、水平防护板、垂直密封防护板、底座等部件组成。其结构特点如下:

（1）采用四柱反四连杆稳定机构。

（2）底座后部设置密封防护墙，密封防护墙的一侧设有一个连通充填区的门，方便进入采空区，另一侧有活动侧护板。

（3）顶梁后部设有水平防护板和垂直密封防护板。水平防护板为工作人员提供安全作业空间，掩护充填接管作业;垂直密封防护板与底座后部的密封防护墙搭接，隔挡充填区。

图1 充填工作面支护系统

图2 反四连杆充填液压支架结构

反四连杆充填液压支架主要技术参数为:高度2000～3500mm;中心距 1500mm;宽度 1420～1590mm;初撑力4060kN（P=31.5MPa）;工作阻力4800kN（P=38.2MPa）;支护强度 0.57～0.64MPa;前端比压0.27～1.05MPa;泵站压力31.5MPa;操作方式为本架控制;重量16300kg。

1.2 直线式充填液压支架

直线式充填液压支架主要由顶梁、立柱、直线式伸缩机构、楔形密封挡板、底座等部件组成，具有支护顶板和隔挡充填区的双重功能，如图3所示，其结构特点如下:

（1）采用四柱伸缩杆式稳定结构。

（2）直线式充填液压支架底座前端与反四连杆充填液压支架通过销轴连接，能够随着工作面的推进不断充当模板作用。

（3）底座两侧设置楔形布置的密封挡板，顶梁两侧垂挂呈同样角度的楔形密封挡板，此楔形便于支护系统与充填体剥离。

（4）顶梁长度大于3个推移步距，可以满足工作面推进3个步距只充填一次的要求。

图3 直线式充填液压支架与反四连杆充填液压支架布置

直线式充填液压支架主要技术参数为:高度2000～3500mm;中心距1500mm;宽度1380mm;初撑力4060kN（P=31.5MPa）;工作阻力4800kN （P=38.2MPa）;支护强度1.33MPa;前端比压1.7MPa;泵站压力31.5MPa;操作方式为本架控制;重量12500kg。

1.3 充填袋

充填袋 （见图4）的作用是将高水充填材料保持在采空区，充填袋的质量优劣以及设计合理与否直接关系到采空区充填效果。通常，充填袋采用优质风筒布制作，依据采空区条件及直线式充填支架的间距来确定长（L）×宽（W）×高（H）。此外，充填袋顶部边缘需要设置出气口和进料口，一般情况下，设置1个出气口即可，而进料口可根据需要设置1～2个［2］。

1.4 充填工艺

充填高水材料前，首先将组成高水材料的各配料制成浆液，经封闭的运输管路分别输送至充填工作面附近的混合器中，混合后的高水材料进入预先在采空区挂好的充填袋里，利用反四连杆充填液压支架后部的密封防护板、直线式充填液压支架两侧的楔形密封挡板以及已充填采空区三者形成的模板，凝固约8h，高水材料即可达到一定支护强度。

图4 充填袋

2 应用情况

采空区充填开采试验工作面长150m，走向长1500m，煤层倾角约12°，煤层平均厚2.97m，伪顶为灰色砂质泥岩，直接顶为灰色粗粒砂岩，基本顶为灰色细砂岩;直接底为泥质粉砂岩。

试验面2009年初投入生产至今，平均年产量0.45Mt。地面观测表明，最大倾斜变形值为2.0mm/m，最大水平变形值为1mm/m，远小于Ⅰ级变形临界值，达到了预期效果。矿压观测表明，周期来压不明显。

3 结论

单元式充填支护系统采用条带开采的减沉理念，通过研发新型的反四连杆充填液压支架和作为充填墙的直线式充填液压支架，仅需将高水充填材料注入设置在采空区条带范围内的充填袋内，利用充填液压支架的模板作用，待充填材料凝固后即可控制顶板及上覆岩层活动。

单元式充填支护系统具有充填工程量小，充填材料少，充填成本低，充填效率高等优点，其充填效果已得到实践检验，可以大面积推广应用。

［1］闫少宏，张华兴.我国目前煤矿充填开采技术现状［J］.煤矿开采，2008，13（3）:1－3，10.

［2］冯光明，王成真，等.超高水材料袋式充填开采研究［J］.采矿与安全工程学报，2011（12）.

Research of Supporting System for Cell-stow ing Method

CHENG Jun，WANG Yu

（1.Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 2.China Coal Xi'an Design Engineering Co.，Ltd.，Xi'an 710054，China）

Adopting reducing subsidence concept，cell stowing support system applied new-style stowing powered support to transporting high-water stowingmaterial to strip-mining gob.When the stowing material consolidated，movement of roof and overlying strata was controlled.Practice proved that thismethod could effectively control surface deformation with high efficiency and low stowing cost.

cell stowing;hydraulic support;high-watermaterial

TD355.41

A

1006-6225（2012）05-0043-03

2012－05－11

天地科技股份有限公司技术创新基金 （KJ－JJ－2011－KCSJ－04）;中国煤炭科工集团科技创新基金 （2011MS014）

程 骏 （1982－），男，山西晋城人，硕士，工程师，主要从事液压支架的研发。

［责任编辑:徐亚军］