抬棚支架在沿空留巷支护中的应用

毋学军　马新毅

摘 要：目前国内煤矿开拓采煤工作面时，需要留有一定的煤柱，以承受采空区顶板的压力，这样的煤柱宽度在30m左右，使之无法开采，如水平开拓工作面时，需要间隔煤柱再开拓一个上下巷道，需要投入大量资金并造成煤炭资源大量浪费，随着切顶卸压沿空留巷技术在国内许多煤矿的应用，需在采空区预留一个上或下巷道，无须煤柱，既能将煤柱开采，又能省去再建一个巷道，为有效提高开采率和减少投入奠定良好基础。

在焦作矿区，其为赵固一矿、古汉山矿的两个工作面做了“沿空留巷”设计。其中对“沿空留巷”的支护设计了的抬棚支架，并在上述两个矿井支护得到了应用。起到了良好效果。

关键词：支架；安装沿空留巷；液压；效率

中图分类号：TD82 文献标识码：A

0.引言

随着国内煤矿资源的枯竭，尤其是焦煤许多年代久远的煤矿地下煤炭的储存逐渐下降，怎样更大开采率的提高，减少资源的浪费，为此，我们与中国矿大合作采用“切顶卸压沿空留巷”新技术，对开采的采煤工作面回采时，采用“切顶卸压沿空留巷”技术，对采空区的运输巷道进行预留，为保证预留巷道的顶板的稳定性，除了切顶卸压技术外，对采空区的预留巷道的支护设备及在巷道中的排布进行设计和规划；首先是设计ZJ4300/20/38的抬棚支架，此支架既能满足采空区200m的顶板来压的冲击，又能满足支架移架和结构合理、轻巧的特点。

为此，通过我们大量的探讨和对井下现场实际情况的调查，设计出具有满足支护条件和移架方便的抬棚支架，大大提高组装移架效率和安全性，为煤矿生产打下了良好的基础。

1. ZJ4300/20/38的抬棚支架的结构

ZJ4300/20/38的抬棚支架由底座、顶梁、立柱、液压控制系统组成；立柱与底座和顶梁连接采用球形加定位及销轴连接，首先，立柱与底座连接，在保证立柱在升降过程中，支架重心始终在底座上，保证了支架的稳定性并增加立柱定位装置，为保证支架在巷道的支护效果，顶梁的摆动角度（左右、前后）在0～10°；为了满足焦煤正在使用8600支架，立柱完全按照φ280立柱的外形尺寸连接，已达到互换作用；由于底座和顶梁的比压较高，从底座和顶梁结构设计，增加其强度，增加了底座和顶梁立筋数量及板厚，所有材料采用Q460高强度板材，液压控制操纵阀（3+1）采用200L/mm流量，每一片阀控制一根立柱，可有效调节两根立柱升降不同步的问题；增加了进液球形截止阀，保证了各支架的独立性又能将各支架主进液并联，互不干涉。为了支架在升降和移架时，保证支架的稳定性，专门设计了支架升降和移架的防倒装置，此装置临时可拆卸，结构合理，稳定性好、拆卸方便等优点，如图1所示。

（1）支架顶梁结构

支架顶梁采用框架式焊接形式，为了减少顶梁的重量，所有材料采用Q460；其目的是增加顶梁的强度，降低板材的厚度（重量），为了有效增加支护面积顶梁长度为2600mm；宽度500mm，顶梁内镶嵌有球形柱窝与立柱的球形接头连接，使得顶梁可在前后、左右可以摆动，有效避免顶梁与立柱相互干渉的问题，使之更加灵活、有效满足支护需要，连接销轴采用30CrTi并经过调质处理，使得销轴的综合机械性能大幅度提高。

（2）支架底座结构

支架顶梁采用框架式焊接形式，所有材料采用Q460；底座柱窝同样采用球形与立柱底座连接，使之形成万向节形式，立柱固定方式采用两侧压块形式，可沿着顺长方向上下摆动，可有效保护立柱油缸不受损坏，为了保证立柱在井下使用中的稳定性，底座高度增加到500mm左右，并通过螺栓连接两块活动压板与底座连为一体，卡在立柱油缸的外径，以防止立柱在摆动过程中的不稳定，底座底板前后采用船式，目的在于支架移动时减小推进的阻力，为加强底座的强度，框架式底座顺长均采用35mm厚度的通立筋并加有横向隔断，底座柱窝采用铸造30CrMnTi材料，耐冲击、耐压等优点。

（3）支架液压系统的组成

抬棚支架按照采空留巷顺长布置，液压的动力源采用流量200L/min；压力为31.5MPa的乳化液泵站提供；抬棚支架每架上有两根φ280的双伸缩立柱，主要液压附件有：操纵阀（3+1）、液控单向阀、平面截止阀38/13（φ38回液口、φ13进液口）、高压胶管等辅助接头、三通。操纵阀配有防误操作机构；每个操纵阀单独操作单根立柱，具体布置：首先是通过乳化液泵站引出的φ13高压胶管通过每台支架的平面截止阀38/13串联在一起，再通过φ13高压胶管连在每架操纵阀的进液孔后，通过操纵阀分别连接在每架支架的两根立柱进（回）口，并通过操纵阀分别操作立柱的升降，达到支架的工作要求。

2. ZJ4300/20/38的抬棚支架的工作原理

（1）支架的升架

开启乳化液泵站，将泵压力调至为31.5MPa，打开本架的平面截止阀上开关，同时操作两个操作阀（通往立柱下腔）的位置，带压的乳化液通过安装在立柱上的液控单向阀进入立柱的下腔，立柱升起，立柱上上腔的液体通过操纵阀的回液口进入平面截止阀φ38管口，流回乳化液泵站，当压力达到技术要求时（每个立柱均有隔爆防震压力表），操纵阀手柄回到中位，停止供液，此支架支护程序结束，在进行下一个支架的操作，依次类推将所需的支架完全达到支护要求为止。每根立柱安装有安全阀，当顶板压力达到支架规定的工作阻力时，安全阀自动打开卸载，以保护立柱和支架结构件不受损坏。

（2）支架的降架

同样开启乳化液泵站，将操纵阀打至回液位置，带压的乳化液通过操纵阀进入两个立柱的上腔并通过液控单向阀打开立柱下腔，使得下腔的液体通过液控单向阀和操纵阀回到系统的主回液管，支架逐步下降，达到要求位置。

注意：在支架升架或降架时，如果两根立柱上升或下降速度不一时，应操作操纵阀的手柄，减小速度快的立柱操纵阀，使之尽量达到同步上升或下降，避免不同步损坏其他零部件。

3. ZJ4300/20/38的抬棚支架的在巷道的布置

依据切顶卸压留空巷道的技术要求，抬棚支架安装布置在靠近采空区塌落一侧，因为采空区矸石塌落后，没有支撑点，造成此处的压力较大，需要在采空区留巷支护大约200m左右，需要较多的支架头尾相接，形成一个长200m的支护区域，当切顶卸压后，随着工作面向前推移，将最后一架支架拆下，移至整个支架系统的前端，以此类推工作面推进，支架不断迁移，直至此工作面采完为止，最终形成一个完整预留巷道，为下一个工作面的开拓打下良好基础，如图2所示。

结语

通过设计的抬棚支架在焦煤集团井下使用，有效解决了切顶留空巷在焦煤应用时对支护要求的难题，具有安装方便，操作简单，支架的安装具有独特的优点，对较复杂工况条件下，满足大倾角，大阻力的作用，支护强度达到3.4MPa，使得支架寿命和强度得到保障，由此可见，此支架属于非标特定产品，对于不同煤矿井下地质条件，对于同类支护具有使用范围广，适应性强。价格低、安装轻便等优点，推广此抬棚支架应用于切顶卸压留空巷的支护产生的较高的经济价值；为此，此设备具有广泛的推广使用价值。

参考文献

[1]吴宗泽.机械零件设计手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]MT/T 556-1996，液压支架设计规范[S].