整体顶梁悬移液压支架在炮采工作面的应用与分析

靳庆军，郅富标

(1.河南煤炭建设有限公司 450009;2.河南理工大学高职学院 454000)

引言

郑煤集团自1991年与院校、科研院所联合对豫西“三软”不稳定煤层放顶煤采煤工艺进行技术攻关，试验应用一次采全厚综采、炮采放顶煤工艺，特别是厚煤层中单体液压支柱配铰接顶梁或π型钢梁炮采放顶煤方法，发展较快，采面产量大幅度提高，采面平均单产由分层开采时2万吨提高到4万吨，集团公司由生产能力500万吨一跃成为1000万吨以上的煤炭生产基地。经过十几年来的生产实践，单体液压支柱配π型钢梁支护形式炮采放顶煤产量已达极限，同时该种支护形式存在着稳定性差，容易漏顶、冒顶、支柱钻底、作业空间小、作业环境差等安全管理问题。为提高炮采工作面安全可靠性和采面单产水平，急须对炮采工作面支护形式进行支护改革。通过对不同类型支护装备的研究，决定采用ZH1600/16/24Z型整体顶梁组合悬移液压支架对该矿区的煤层符合开采条件。

1.整体顶梁悬移液压支架概述

1.1 支架型号说明

1.2 支架各结构作用

顶梁:顶梁是一个长方形整体箱式结构，其作用是支撑顶板。移架千斤顶及主管路系统安装在顶梁内，前侧有伸缩梁或护帮翻转梁。

托梁:托梁是一个方形的箱体结构。分前、后两个托梁，由托梁联接杆将前、后两个托梁相联。用安全吊挂装置将托梁安装在顶梁下方的轨道槽内，使其能沿着顶梁底面向前滑动。全工作面的支架，通过托梁套联接为一个整体，实现支架的整体稳定性。当任意一架支架准备向前移动时，该支架的立柱被卸载并提起，这时顶梁落在托梁上，由托梁承载前移中的顶梁。支架托梁体内装有预压装置，即使支架不接顶，立柱也有一定的的支撑力，使其不会晃动。

挡矸板:挡矸板分上、下挡矸板两种，它的作用是阻止支架后方垮落物涌入工作面。

翻转梁或伸缩梁:翻转梁长400mm，是一个半箱体结构，铰接在顶梁的前方，通过翻转千斤顶来带动其翻转并护顶;伸缩梁最大伸缩长度800mm，平时缩在顶梁里，由两个伸缩油缸控制。

立柱:与顶梁铰接，是支架的支撑部件，它通过顶梁承载顶板的压力，同时通过挡矸板承受来自冒落区的压力，防止冒落的矸石从支架后方窜入架间和工作面。

该支架标准配置为4根110缸径的立柱。集中控制式立柱主要由活柱、缸体、导向套、底座、柱鞋、液控单向锁、安全阀、密封件等零部件组成。

缸径:125mm

柱径:105mm(外注式)，95mm(集中控制式)

行程:800mm

支撑力:190～299KN(对应泵站压力20～31.5MPa)

提柱力:17～27KN(外注式)，48～76KN(集中控制式)

(对应泵站压力20～31.5MPa)

移架千斤顶:移架千斤顶是一双作用式液压缸，其缸底与顶梁前端铰接，活塞杆与后托梁铰接。活塞杆伸出时推动顶梁前移，活塞杆收缩时拉动托梁前移。

缸径:100mm

柱径:70mm

行程:800mm

推力:157～247KN(对应泵站压力 20～31.5MPa)

拉力:81～126KN(对应泵站压力20～31.5MPa)

翻转千斤顶:集中控制式炮采放顶煤支架有翻转千斤顶，它是一个双作用式液压缸，其缸底与顶梁铰接，活塞杆与护帮翻转梁铰接，由其活塞杆的伸缩来带动护帮翻转梁旋转。

缸径:63mm

柱径:45mm

行程:240mm

推力:62～98kN(对应泵站压力20～31.5MPa)

拉力:30～48kN(对应泵站压力20～31.5MPa)

液压管路系统:液压系统由流量大于80L/min、工作压力为31.5Mpa以上的乳化液泵站、主管路、支管路、各种液压阀、三通、直通、过滤器、注液枪等液压元件组成。

2.整体顶梁悬移液压支架在工作面的应用

整体顶梁悬移液压支架应用在工作面后，制定符合实际应用条件的回采工艺流程，并在回采中切实做到各项工作。制定的回采工艺流程如下:检修——打眼注水——打眼爆破——采煤移架——放顶煤——移刮板运输机——交接班，图1为炮采放顶煤支架工作面布置示意图。

2.1 加强工作面机电运输设备的检修

安排好采面生产与设备检修关系，保证每天不少于2小时的设备检修时间，提高机电设备的检修质量，降低设备事故率。

2.2 煤壁打眼注水

采煤工作面煤壁注水，必须严格执行郑煤集团公司通〔2008〕第8号的规定，作业规程中有注水设计，现场做到逢采必注，不注不采，努力减少采面生产过程中粉尘的产生，预防煤尘、顶板事故。

2.3 打眼爆破

采煤工作面落煤要根据煤壁情况，采用爆破与手镐落煤相结合方式。作业规程中必须有打眼爆破设计和制定安全技术措施;如果打碴回采，必须制定采碴爆破补充安全技术措施，特别要制定活柱、管路、伐组的保护措施。

2.4 悬移支架移架过程

炮后护顶(前伸翻转梁或伸缩梁超前护顶)——收回翻转梁(或伸缩梁)——提起前后四根立柱——前移顶梁及四柱——落四柱支撑顶梁——移托梁

图1 炮采放顶煤支架工作面布置示意图

采用整体前移式，特点是动作少、前移速度快，工作面坡度小于15°时按由上向下顺序作业，大于15°时按由下向上顺序作业，每节移第一架时对支架下侧部位使用小径木或板钎椽挡门，防止碴块滚下伤人。

(1)放炮前每3m使用一根单体柱支撑托梁，使托梁与顶梁间距不超过规定，防止剪断吊杆安全销。

(2)放炮后伸出翻转梁或伸缩梁超前护顶，在其掩护下采煤工手工落煤墙煤，刷出0.8m或1米的移架步距宽度。

(3)收回翻转梁或伸缩梁。

(4)验收员拉出移梁线后，操作手柄提起前四根支柱，使柱跟脱离底板100mm。

(5)伸出移架千斤顶活塞，推动顶梁带动四根立柱同时向前移动。

(6)顶梁移到位后，操作手柄落下四根支柱，使顶梁与顶板严密接触约3－5秒，保证达到初撑力。

(7)待刮板运输机移过后，摘除托梁下的单体柱，移架千斤顶活塞收回，使托梁整体前移，恢复到炮前位置。

(8)将各操作手把扳到“零”位。

2.5 放顶煤

(1)悬移液压支架前移过程中，部分顶煤从相邻两架支架侧空隙放出，剩余顶煤自悬移液压支架移过后从后挡矸板下放出。

(2)放顶煤顺序:由机尾向机头方向(由上而下)，若工作面坡度超过15°必须坚持从上向下作业。

(3)移架时同时作业场不超过5个，并观察瓦斯和设备运行情况，防止瓦斯超限和压死刮板运输机。

(4)移架时老塘侧使用旧皮带或椽子挡门，防止煤或大块矸石窜入工作面。

(5)放顶煤时，必须两人操作，一人放煤，一人观山。

(6)放煤时，瓦检工要密切观察瓦斯变化情况，当上尾巷瓦斯达到0.7%时，必须立即挡门，停止放煤，严禁瓦斯超限。待瓦斯小于0.5%后，才能继续放顶煤。

(7)待移刮板输送机后，清净机道浮煤，同时清净老塘侧手把以下浮煤。

2.6 移刮板运输机

待当班采煤段老塘煤放完，攉煤工把浮煤清干净后，开始整体移当班采煤段刮板运输机，移刮板运输机宽度为0.8m，刮板运输机弯度不得超过4°。

2.7 交接班

交接班时，必须跟班队长与跟班队长、工程质量验收员与工程质量验收员、同一节工作场人员之间及特殊工种人员之间交接班，交清问明事故隐患和注意事项。

3.应用效果分析

经过多年的使用及各个矿井之间进行经验交流，总结有以下几点优势:

3.1 安全可靠

因组合悬移支架顶梁是由两根托梁连接在一起的，与π型钢梁配单体液压支柱支护和综采支架相比，杜绝了顶板漏顶、冒顶、倒架、错架、背架等现象。

3.2 节约支护材料

因顶板护顶是由长3米宽1米的顶梁实现的，因此每年可节约大量的荆芭、椽子等材料费。

3.3 提高单产和工效

采面单产与π型钢梁配单体液压支柱支护相比可提高25%，相同条件工作面作业人员可减少1/3。

3.4 降低劳动强度

由于移架、支护、推溜等工序全部实现液压控制，工人只需操作控制阀组手把就可完成，因此大大降低了工人的体力。

3.5 提高了煤炭回收率

因组合悬移支架可实现连续放煤，没有脊背损失，所以煤炭回收率较高。

3.6 改善作业环境

因组合悬移支架只有两排支柱，比π型钢梁配单体液压支柱支护相比少一排支柱，工人作业空间增大。

经测算，使用组合悬移支架工作面每年仅材料费一项就可节约100余万元，采面单产由原来4万吨提高到5万吨，提高了25%，具有明显的经济和社会效益。