整体顶梁组合悬移液压支架在“三软”煤层中应用

王建伟，杜朝阳

（1.国投煤炭郑州能源开发有限公司，郑州 登封452470；2.河南理工大学能源学院，郑州 焦作454003）

我国有许多矿区（以豫西为代表）和矿井开采“三软”条件下的煤层。“三软”煤层开采过程中常遇到煤层中的支架插底、底鼓、片帮、冒顶和支架推进难，工人劳动强度大等等问题。为此许多“三软”矿井引进了整体顶梁组合悬移液压支架。现以国投教学矿15031工作面ZH1600／16／24Z整体顶梁组合悬移液压支架为例，对试用后所起到效果以及所遇到的问题进行分析研究。

1 悬移支架相关技术参数及结构特性

ZH1600／16／24Z整体顶梁组合悬移液压支架，长度为2800～3600mm，架宽为960mm，支架高度为1600～2400 mm，支架行走步距为800mm，每架四柱。最大控顶距为3600mm，最小控顶距为2800mm，支架中心距1000±20 mm。工作阻力1600kN，初撑力1200kN，支护强度0.615 MPa。

悬移支架主要结构特性：

1）顶梁体前端加装伸缩梁，伸缩梁长度800mm，并预留放煤口。伸缩梁可对工作空间及初露顶板进行有效的支护，伸缩灵活，支撑安全可靠，可有效防止片帮冒顶。

2）每根柱子各一组单向阀，如有漏液现象不会造成2根柱子同时卸压。

3）中穿孔吊挂式柱鞋（铸件），直径360mm，每架4个。

4）保护阀组装置是在操作阀组前加装挡板，以防止放炮时崩坏操作阀组，支架前端预留吊挂防炮帘装置的位置。

5）顶梁架与架之间留设安装胶皮带的位置，并可用螺丝固定，以防架间隙漏煤。

6）后部挡矸板采用 H型，规格：445mm×800mm、720mm×890mm，防止移架时矸石从侧面涌入工作面；每架支架的挡矸板下方预留4个吊挂挡矸链的位置。

7）架间隙喷雾装置，每架支架安装降尘和洒水阀组管路接口及降尘钢管，便于自行布置喷雾系统，在支架移动时，喷雾装置主要对准架间隙漏煤，喷雾降尘。

8）集控装置是利用悬移支架上的液压系统进行设置、操作，该装置把各部件的使用全部科技化，从控制支架前、后支柱的升降到整体悬梁支架的移动，从伸缩梁的使用到拖梁的整体移动，全部设置成把手开关。轻轻一扳，安全控制悬移支架，大大减小了职工的劳动强度。

9）移溜器的推广应用。该矿原采煤工作在实施移溜工艺时一般采用单体液压支柱实施操作，利用单体液压支柱操作容易出现损坏溜槽、滑落伤人事故、移溜不稳定等不安全因素。现采用的移溜器是利用液压动力，在每隔20 m设置一个，布置在老塘侧，固定在溜槽的外沿侧。使用该移溜器避免了损坏溜槽、伤人、移溜不稳定等问题的发生。

2 支架支护能力计算

2.1 顶板的冒落高度

式中：H为顶板一次冒落高度，m；A为平均采高2m；σ为岩石初始碎涨系数，取1.4；β为修正系数，取1。

2.2 顶板压力计算

式中：P为顶板压力；H为顶板一次冒落高度，m；L为工作面长度，取130m；ɑ为工作面最大控顶距；r为岩石密度，2.6t／m3；k为动压系数，取1.2。

2.3 每部支架承受能力

P1＝ P／N ＝7300.8／130＝56.16t＝550.368kN式中：P1为每部支架承受的压力；P为工作面全部顶板压力；N为工作面支架数。

ZH1600／16／24Z型整体顶梁组合悬移液压支架工作阻力1600kN＞P1，所以该支架满足工作面的支护要求。

3 支架使用过程中出现的问题及解决办法

1）支架在推进过程中由于底板不平出现左右晃动，这种情况会出现咬架现象。对于这个问题，可以采用提前在支架间隙中夹垫板的方法，使支架在推进过程中自行改变方向，调整间隙。

2）托梁与顶梁间距小，对提架和落架的操作有一定的影响，而且使提巷落巷幅度有限，对地质条件复杂的采场适应能力较低，导致采场采渣较多。对于这个问题可以在采煤过程中尽可能保持沿底回采，并且及时调整推进度，保证工作面垂直于上巷，托梁成一直线。

3）整体顶梁组合悬移液压支架后支柱上厂家设计的挡板对采空区窜矸现象起到了很好效果，但是造成了放煤口放煤的困难。对此可以把原挡板设计成网口比较大的网状结构，对于三软煤层可起到很好的挡矸放煤效果。

4）三软煤层中由于底板的不稳定，支架的支柱会出现不直的现象，解决这问题可以拉线定柱窝和移架步距。

4 支架使用效果

1）支架稳定性好：支架通过托梁系统联为一个整体，支架稳定性显著提高，顶板控制也得到很大改善。由于所有支架是联为一个整体且支柱均通过销轴与顶梁联结，即使某架未支撑好或出现顶空，通过其它相邻支架的相互作用，使其不歪扭、不倾倒，从而避免了采场歪架、倒架现象，安全效果好。

2）整体顶梁液压悬移支架空顶面积小，空顶时间短，能实现及时支护，易于控制顶板。

3）支架的液压系统实现密闭循环，使乳化油的消耗量大大减小了，一定程度上减少了工人的劳动量。

4）液压系统集中控制操作简单，实现统一供给闭路循环，减少了乳化液的消耗，降低了费用，减少了对作业环境及地下水的污染。

5）该支架试用后，采场试用的消耗材料大大减少，椽子、荆芭、坑木等软材料的使用量也大大减少，这些都直接减少吨煤采出的费用。

技术经济指标对比见表1。

表1 单体液压支柱配π型钢梁支护与悬移支架经济指标对比

5 结语

随着社会的发展与科学技术的进步，在我国中小煤矿的生产中先后出现了节式支架、滑移顶梁支架、悬移顶梁支架等。悬移顶梁组合液压支架是通过对以上几种简易液压支架的对比分析，结合各自不同的优缺点而研究设计的一种新型简易液压支架。该支架具有体积小，质量轻，移架工序简单，移架速度快等优点，适合于“三软”煤层的开采，有一定发展空间。

〔1〕李春玉，张海戈，王志勤，等.三软煤层放顶煤的矿压特点及液压支架的设计和实践.中国煤炭，1995（6）：28～32.

〔2〕耿献文.矿山压力测控技术〔M〕.徐州：中国矿业大学出版社，2002.

〔3〕姜福兴主编.矿山压力与岩层控制〔M〕.煤炭工业出版社，2004，6.