煤矿掘进面临时支护液压支架设计方案

刘 剑

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

开采技术与装备

煤矿掘进面临时支护液压支架设计方案

刘 剑

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

针对目前煤矿巷道掘进过程中掘进与永久支护工作交替穿插且速度不平衡而导致影响掘进机工作效率的这一现状，设计了一种用于巷道掘进临时支护的液压支架组。该支架组由多个支架单元组成，以龙门式结构跨骑于巷道内的设备上，通过单轨吊运输实现各支架单元自后向前随掘进机循环前进，实现掘进与临时支护平行作业，将掘进工作与永久支护工作分离，以此提高巷道掘进的效率与安全性。

掘进面临时支护；液压支架；工作原理

巷道的机械化快速掘进和支护随着掘进工作面范围的日益加大与生产能力和推进速度的提高，已经成为影响矿井高产高效、安全生产的重要问题。由于我国矿井的围岩结构复杂多样，巷道支护形式也是多种多样，有锚杆、锚梁、锚网、锚索或锚柱甚至还要加金属棚等多种方式，属于主动的永久支护方式。我国综掘工作面长期以来没有采用临时支护设施，大部分井下掘进工艺的现状一般为掘进机掘进一段距离后停机，工人携锚网、锚杆、锚索及钻机等物料设备进入前端，进行铺设锚网、打锚杆、锚索等永久支护作业。高度机械化的掘进机掘进只需3～5min，而人工进行永久支护工作则需要20min甚至更长，掘进机的开机率仅有25%左右，这成为制约掘进机生产效率的主要原因。

本文提出一种在煤矿煤巷掘进中应用的临时支架的设计思路，通过将掘、锚工作分离来解决掘进工作中由于掘、锚速度失衡而影响掘进效率的问题，在提高巷道掘进速度的同时也增强了永久支护作业的安全性。

1 支架单元

1.1 支架结构

支架由顶梁、伸缩顶梁、辅助顶梁、移架座、轨道滑轮、护帮板、连接板、立柱、伸缩油缸、辅助伸缩油缸、护帮油缸等部分组成。顶梁中部有隔板将箱体分为左、右2个箱，箱内有2道筋板，将其又分为前、中、后3个箱。顶梁下部装有滑轮来悬挂单轨吊，滑轮在顶梁下部可向左右实现一定的偏移量，以便移架时轨道对正。伸缩顶梁包覆在顶梁外，通过伸缩油缸可相对于顶梁左右滑动，立柱安装在伸缩顶梁两侧。辅助顶梁嵌在顶梁隔板左、右两侧的箱体内，通过辅助伸缩油缸可相对于顶梁左右滑动，移架座顶端固定在辅助顶梁下。护帮油缸连接顶梁和护帮板。连接板一端与护帮板铰接，另一端与支撑立柱铰接。具体结构如图1所示。

1—顶梁；2—伸缩顶梁；3—辅助顶梁；4—移架座；5—轨道滑轮；6—轨道；7—护帮板；8—连接板；9—辅助伸缩油缸；10—伸缩油缸；11—立柱；12—护帮油缸图1 支架单元结构

1.2 支架的展开与收缩

支架对巷道起支护作用时为展开状态，支架通过轨道运输过程中为收缩状态，如图2所示。

图2 支架的展开状态(左)与收缩状态(右)示意

支架从展开状态到收缩状态共有3个步骤：

(1)收缩支架辅助伸缩油缸带动辅助伸缩顶梁向顶梁中间滑动至指定位置，同时带动移架座向支架中间移动。

(2)收缩立柱和护帮油缸，使顶梁下降与顶板分离，移架座也同时下降，由移架座下降到底部接触巷道底板时支撑架体，立柱与底板分离。

(3)调节伸缩油缸和护帮油缸，带动伸缩顶梁向顶梁中间收缩，完成支架收缩过程。

从收缩状态到展开状态分以下3个步骤：

(1)调节伸缩油缸和护帮油缸，带动2个伸缩顶梁由顶梁中间向左右两侧滑动至指定位置。

(2)调节立柱和护帮油缸，立柱支撑架体，直至顶梁和护帮板支护巷道顶板和侧帮。

(3)调节辅助伸缩油缸，带动辅助伸缩顶梁滑动至顶梁两侧，即完成支架的展开过程。

2 支架工作组的工作原理

将支架组布置在掘进巷道内，支架单元全部为展开状态，横跨在巷道内的掘进机等设备上方，以顶梁和护帮板支护巷道的顶板和两帮。

将单轨吊轨道向前端滑移，错开支架组末端支架顶梁，将末端支架收缩后将锚网等永久支护材料铺设在收缩状态下支架的顶梁上，轨道重新拉回并将收缩后的支架吊起，沿轨道滑移运送至支架组前端。期间掘进机正常工作，掘进一段距离后，单轨吊轨道伸出，将末端支架滑移至支架组前端卸下，轨道再次后拉错开支架顶梁，最后将支架重新展开，支护新掘进出的顶板和侧帮。如图3所示。

1—前端支架；2—运送至前端的末端支架；3—掘进机图3 支架组

重复上述过程，可实现掘进机连续作业的同时临时支护新掘巷道的顶板及侧帮。临时支架顶梁上有开孔，打锚杆、锚索等永久支护作业可在掘进机后的临时支架下方与掘进同步进行。

3 结束语

本文设计的掘进巷道临时支护液压支架可实现掘进与永久支护同步进行，使掘进机可以进行长距离的连续工作。以临时支护设备支护新掘巷道，工人可在临时支护设备下进行永久支护工作，较大程度上提高掘进机的开机率和工作效率，同时也提高了工人进行永久支护作业的安全性。另外，和一些其他移步式的临时支护支架相比，将巷道末端支架循环前移至巷道前端，令巷道顶板只接受一次支护的冲击，可以有效地避免支架对顶板的反复支撑而导致顶板破碎。

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DesigningSchemeofHydraulicSupportofTunnelingFaceTemporarySupportofCoalMine

LIU Jian

(Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

To the problems that working efficient of tunneler influenced by tunneling and permanent supporting cross-impact and unbalance speed during roadway driving in coal mine，then hydraulic support group was designed for roadway driving temporary supporting.The support group was composed by many support elements，it appeared as gantry structure layout on equipment of roadway，and every support element move forward with tunneler forward according monorail system transportation，parallel working of tunneling and temporarily were realized，and driving and perpetual support would be separated，so efficiency and safety of roadway driving could be improved.

tunneling face temporary support；hydraulic support；working principle

2017-08-01

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.06.005

国家重点研发计划(2017YFC0804305)：工作面智能化超前支护装备及辅助作业平台

刘 剑(1988-)，男，河北邢台人，助理研究员，硕士，主要从事采煤工作面液压支架设计。

刘 剑.煤矿掘进面临时支护液压支架设计方案[J].煤矿开采，2017，22(6)：20-21，28.

TD355.41

A

1006-6225(2017)06-0020-02

徐亚军]