掘进工作面临时液压支架的结构设计①

张 文 王续明

(华北科技学院，北京东燕郊 101601)

掘进工作面临时液压支架的结构设计①

张 文②王续明

(华北科技学院，北京东燕郊 101601)

煤矿机械化掘进工作面的超前支护，一直制约着掘进工作面的安全和效率。本文在总结多种超前临时支架特点的基础上，提出了一种全新的、具有很强适应能力的掘进工作面蠕动式超前临时液压支架的技术方案。这种蠕动式支架由程序阀控制，可随掘进机的掘进而不断前移。这样能够实现掘进与支护平行作业，既提高效率，又保证安全。

临时液压支架;结构设计;高效率

1 掘进工作面支护的现状和问题

1.1 现状

煤巷掘进工作面有炮掘工作面和掘进机掘进的工作面之分，本文研究的工作面主要是掘进机掘进的工作面，工作面的破煤、落煤和运煤全部是机械化，但工作面的端头支护工作，如临时超前支护，架棚子或打锚杆永久支护仍需手工作业。存在的问题是手工作业进行超前支护的安全较差，而且效率低下［1］。所谓机械化掘进工作面，实际是指巷道掘进过程中最主要的工序:破煤、落煤和运煤由机械完成，最重要的工序——顶板支护仍然由手工完成，这样的工作面本质上是机械和手工交替作业的半机械化工作面。据我们调研发现，一般机械化掘进工作面的掘进机有效开机率在25%左右，也就是说，在10个小时内掘进机割煤掘进时间不超过3小时，其余的7个多小时都用在架设临时支护和永久性支护的工作上。由此可见，机械化掘进工作面的主要设备，大部分时间是闲着的，利用率很低。

为了解决机械化掘进工作面的安全和效率问题，多年来世界各主要采掘设备制造商，设计和试用了各种形式的掘进工作面支架，主要有:

1)独立型掘进工作面临时支架，是一种专门的用于机械化掘进工作面的液压支架，目的是根本解决掘进机掘进与超前支护平行作业的问题［2］。如山西煤科院研制的HQZ900-3.1125型巷道超前支架就属于此种类型。其主要结构是刚性棚梁和液压棚腿组成的棚子组，组内的各架棚子是互为刚性依托，移动机构在下部，液压能驱动，手动阀控制。主要问题是:组内各架棚子之间是刚性依托，适应巷道起伏和高低变化的能力不够;这种超前支架的移动机构在下部，底板起伏不平和浮煤浮矸都会阻碍支架的移动。所以该支架试用不久后升井，没能推广开来。

2)一体型掘进工作面临时支架，是一种工作面超前支架、锚杆作业机具与掘进机合为一体的掘进机，在掘进机的前部带有伸缩臂，在需要支护时，伸缩臂可以把钻机和支护材料或棚梁托到顶板上，大大的提高了架设永久支护的效率［3］。如奥地利的ABM30掘进机组，英国的KBⅡ掘锚机组就属于这一类型。主要问题是:掘进与架设永久支护仍然是交替进行，不能完全实现平行作业，掘进机的开机率提高不大;掘进机结构复杂，故障较多，反而影响了掘进。

3)简易型掘进工作面临时支架，是一种实际应用较广的超前支架，主要是以已有巷道顶板的锚杆端部螺纹或棚梁为支撑，向前伸出长梁作为空顶处的临时支护，然后可在其保护下进行永久支护的作业。

1.2 问题

以上三种类型的支架各有特点，第一种独立型掘进工作面临时支架，设想很好，掘进与支护可平行作业，掘进效率极大的提高，但架型结构不适应矿井的实际工作条件，没能成功。第二种一体型掘进工作面临时支架，是一个折中的办法，既然不能实现完全的平行作业，就想办法提高手工支护作业的效率，缩短支护作业时间，虽然掘进与支护仍然是交替进行，但掘进机开机率已有明显提高。第三种简易型掘进工作面临时支架，简便易行，但效率低下，安全不易保证。

1.3 本文工作

本文的技术方案属于独立型，全称为掘进工作面蠕动式临时液压支架，目的是研制一种具有柔性结构、蠕动式前移、完全覆盖掘进机工作范围，并有足够支撑力、操作灵活、能实现掘进与支护平行作业的掘进工作面液压支架。

2 蠕动式临时液压支架的结构设计

2.1 组成结构

掘进工作面蠕动式临时液压支架采用若干架以双作用千斤顶为棚腿的钢制棚子，用柔性索具从棚梁中穿过，索具的两端分别固定在支架的两个端头棚梁上，以此作为中间架移动时的轨道。在支架两个端头的第二架棚梁下部都装有导向套，在两个端头的第一架棚梁下都装有导向梁，并插入相邻架的导向套中，作为端头棚子移动时的轨道，各棚梁间装有推移千斤顶。整个支架由8～10架的棚子组成，总长可在7～10m之间，完全覆盖一般掘进机的长度，支架由液压能驱动，程序阀控制，可随掘进机的掘进而不停蠕动前移。这样就可以把掘进工作面的支护作业如打锚杆、或架棚子由掘进机前移到掘进机后，实现掘进空间与支护空间的分离，掘进与支护就能平行作业，既提高效率，又可保证安全。

2.2 工作原理

下面结合图1，对蠕动式支架的具体结构和工作原理作一说明。该支架包括:千斤顶棚腿1、端头棚子导向梁3、导向套4、架间推移千斤顶5、钢制棚梁6、作为柔性轨道的索具7、掘进机2。其中棚腿1和棚梁6铰接，钢制棚梁6和架间推移千斤顶5也是铰接，首末端两架棚子与其相邻的棚子之间通过端头棚子导向梁3和导向套4连接，导向梁可以在导向套中滑动，棚组移动完一个步距正常工作时，轨道的索具有一定驰度，以便第一架的前移。

当掘进工作开始，需要支架前移时，由前向后逐架进行。首先，操作控制阀，第一架的棚腿1收起，则其棚梁6离开顶板，重量通过导向梁3由导向套4支撑。架间推移千斤顶5推动第一架棚子在导向梁3的支撑下，顺着导向套4向前移动，到位后，索具7张紧拉直，第一架棚腿伸出，使该架棚梁6接触顶板并进入正常支撑状态。接着是第二架棚子的移动，该架的棚腿1收起，棚梁6离开顶板，其重量由导向梁3和索具7共同支撑，该梁的前后推移千斤顶5，一个缩回，同时一个伸出，则第二架棚子顺着导向梁3和索具7开始移动，到位后，其棚腿1伸出，棚梁6接触顶板，并进入支撑状态。以后中间各架的移动与第二架相同，只是支撑和导向完全由张紧的索具7承担。末端两架棚子的移动方式与前端的两架相同。全部棚子都移动完一次后，整个支架完成一个步距的移动，重复上述操作，就可进行第二步、第三步等等的移动。

图1 蠕动式液压支架示意图

2.3 蠕动式临时液压支架的主要特点

由以上技术方案的介绍，可以从其结构和工作原理总结出掘进工作面蠕动式临时液压支架有三大特点。

1)对顶底板的适应能力强。首先，整个支架实际上是一组主要用柔性索具联系起来的棚子，棚子之间通过铰接的千斤顶进行推移，也就是说支架在上下两个方向可以有很大的活动余地，能够适应顶板一定高度的起伏;其次，整个支架的推移机构、操作阀、液压胶管都在棚梁上，支架下部与底板接触的只有可提起伸缩的棚腿，它的移动方式类似于迈步，所以，巷道底板的浮煤浮矸对支架的移动都没有什么影响;再次，整个支架在左右两个方向也有一定活动余地，只要控制了支架端头棚子导向梁的左右摆动角度，支架也可以向左或向右有一定的移动，以达到调整支架前进方向的目的。

2)独立工作不受干扰。整个支架是一套独立的结构和独立的驱动操作系统，不受掘进机的任何干扰，掘进机不停的掘进，支架连续的跟着移动，架设永久支护的作业在掘进机后可以同时的进行，互不影响。

3)支护强度和顶板覆盖率加大。蠕动式支架的棚腿采用类似单体支柱的千斤顶，每根棚腿的工作阻力都在20t左右，而且还可以根据需要继续增大，所以，整个支架支护强度是完全可以满足需要的，顶板的覆盖率也可适当通过改变棚间距进行调整。

3 结论

整个支架采用柔性结构、移动机构上置和蠕动移动方式的特点，比较适应煤矿机械化掘进的巷道应用。采用这种独立支架，使掘进机结构简化、支护设备简化、架设永久支护作业的工作也有一定的简化，故而故障少;可大大提高支护强度和速度，防止工人空顶作业，同时还能提高巷道空间的利用率，实现与掘进机等其他设备的并行作业，具有良好的经济效益。

［1］ 李志强.掘进工作面临时支护设备的现状与发展［J］.煤炭科学技术，1997，25(09):41-44

［2］ 王加升，苏红伟.锚网巷道前探支护方法［J］.西部探矿工程，2004，8(11):35

［3］ 王永国，刘鹏飞.南山矿煤巷锚网支护的发展［J］.煤炭技术，2003，22(08):57-58

［4］ 成家钰.煤矿作业规程编制指南［M］.北京:煤炭工业出版社，2005

A structure design for temporary hydraulic support of tunnelling working surface

ZHANG Wen，WANG Xuming

(North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East101601)

It has been restricted the safety and efficiency of tunnelling working surface that the preceding support of tunnelling working surface in mechanized mine.Based on the summary of kinds of preceding support，this paper put forward a kind of technique plan of leading temporary creeping hydraulic support，it is whole new and has strong adaptability.This creeping hydraulic support is controlled by sequence valve.It can keep moving ahead along with mining roadheader driving.So this can realize parallel working between driving and support，both enhancing efficiency greatly and making sure safety.

temporary hydraulic support;structure design;high efficiency

TD355+.4

A

1672-7169(2012)01-0018-03

2011-11-30

张文(1958-)男，山西大同人，硕士，华北科技学院机电工程学院高级工程师，研究方向:煤矿机械的效率和制造方法。