放顶煤工作面端头、超前支架研究与应用

摘  要：本文对放顶煤液压支架工作面下顺槽（机巷）及上顺槽（材料巷）进行了探讨，分析了放顶煤液压支架工作面整体布置及上、下顺槽尺寸，介绍了工作面放顶煤上、下顺槽端头、超前液压支架的结构及提出了端头、超前支架设计应注意的事项。

关键词：放顶煤;液压支架;超前支架;矿山应用

分类号：TD355.4  文献标识码：A

引言：

放顶煤综采近些年来在我国得到了迅速的发展，放顶煤技术的推广使用，拓宽了综合机械化开采厚煤层的使用范围，简化了矿井的采掘系统和生产组织，在提高劳动生产率和产量，降低煤炭生产成本，保证安全生产等方面均取得了比较显著的技术经济效果。当然放顶煤开采也存在一些需要解决的问题，需要进一步的观察与研究，不断创新总结经验，以便把我国厚煤层放顶煤开采技术与放顶煤液压支架达到世界最高水平。

随着综采面机械化程度和单产的快速提高，通风、运输和开采工艺对两道断面尺寸要求越来越大，并在采煤工艺和放顶煤液压支架装备水平上有新的突破，传统的工作面超前支护方式从支护能力、支护高度、支护速度、自动化程度、可操作性、安全性等方面都不能适应安全高效综采工作面对超前支护的要求，两道超前支护已经成为制约工作面高产高效的瓶颈。

国内传统的工作面两道超前支护方式是人工使用单体液压支柱配合铰接型钢支护顶板。这种人工方式支护强度低，支护面积小，劳动强度大，回柱危险性大，支护工艺技术落后，用人多，不利于安全生产，更不能满足当今的高产高效矿井的要求。

为此，研究综采工作面两道超前液压支架支护技术就尤为重要。两道超前液压支架是一种新型的自移支架，有效地解决了工作面两道长期存在的支护强度低、工序繁琐、劳动强度高等问题，实现工作面两道顶板管理的本质安全。

一、矿区开采技术条件：

1.922工作面9号煤层，煤层厚度16～18m，局部20m，有1m左右夹矸，煤层埋藏深度约300m，最大埋藏深度500m。煤层结构较复杂，煤层倾角8°～11°左右，局部15°，过断层处可达20°;煤质硬度f=2～3。

2.工作面参数：

工作面倾斜长度300 m（实体煤），机采高3.5 m。首采面走向长度约1000 m，

3.煤巷断面为矩形断面，巷道尺寸（凈宽、净高）：

下顺槽;            宽×高=5.5m×3.5m;

上顺槽：            宽×高=5.0m×3.5m;

4.配套设备

2.4.1.工作面布置图：

1―前部可弯曲刮板输送机;2―采煤机;3―放顶煤中部支架;4―放顶煤过渡支架;

5―放顶煤排头支架;6―机头端头支架，7―顺槽刮板转载机，8―破碎机;

9―皮带机自移机尾;10―机尾端头支架;11―机尾超前支架组;

三、端头及超前液压支架布置情况：

1、922工作面机头端头支架ZT22500/23/40架

端头支架装配图纸如下：

1―防咬架板;2―挑梁机构;3―护壁装置;4―调架千斤顶。

支架型式：                     分体、转载机中置式，两架一组

支架高度（mm）：               2300～4000

左右架中心距（mm）：           2500

支架初撑力（KN）：             20267（31.5MPa）

工作阻力（KN）：               22500（35MPa）

支护强度（MPa）：              0.43

对底板比压（MPa）：            1.3

工作高度（m）：                3.2～3.8

适应煤层倾角（DEG）：             5

泵站压力（MPa）：               31.5

操作方式：                      手动控制

端头支架具有以下特点：

1）端头支架采用转载机中置，左右架形式;

2）端头支架与转载机连接，采用迈步交替自移，实现端头支架行走要求;

3）端头支架位于下顺槽机头处，支架顶梁左侧（支架面向煤壁）带有防咬架板，使端头支架紧靠排头支架，以保证端头支架与排头支架架间密封;

4）支架内侧设置挑梁机构有效支护转载机尾，支架右侧设置有护壁装置，保证足够的安全行人通道。

5）端头支架支护长度为13.7米，有效的支护前、后部运输机。

6）端头支架距离下帮底座上

2、922工作面超前支架组ZT33570/25.5/40

超前支架组装配图如下：

1―锚固支架;2―超前支架;3―护壁装置;4―调架千斤顶。

支架型式：                     左右架型式，三架一组

支架高度（mm）：               2550～4000

左右架中心距（mm）：           1930

支架初撐力（KN）：             27832（31.5MPa）

工作阻力（KN）：               33570（38MPa）

支护强度（MPa）：              0.55

对底板比压（MPa）：            2.8

泵站压力（MPa）：               31.5

操作方式：                      手动本架控制

超前支架组具有以下结构特点

1）超前支架组采用左右架形式，左、右架顶梁及底座之间采用拉架千斤顶保证超前支架的稳定性及调整左、右架之间距离;

2）超前支架组前部设置有锚固支架，通过锚固支架来实现超前支架组的交替自移自动化行走;

3）超前支架组超前支护约22米;

4）超前支架组中部空间达到1.4米，预留出足够的运输通道;

5）超前支架组为一组三架形式;

6）每组支架带有伸缩梁，当支架组进行移架时伸缩梁可临时伸出以保证架间密封;

7）超前支架外侧带有挑梁以增大顶板支护面积;

8）超前支架顶梁内侧采用封箱体结构以保证对顶板的支护。

3、922工作面机尾端头支架ZT33570/25.5/40

机尾端头支架装配图如下：

1―拉架千斤顶;2―前顶梁;3―中顶梁;4―后顶梁。

支架型式：                     单架、梁体铰接

支架高度（mm）：               2550～4000

支架底座宽度（mm）：           800

支架初撑力（KN）：             7920（31.5MPa）

工作阻力（KN）：               9552（38MPa）

支护强度（MPa）：              0.6

对底板比压（MPa）：            1.0

泵站压力（MPa）：               31.5

操作方式：                      手动本架控制

机尾端头支架具有以下结构特点

1）机尾端头支架通过千斤顶与超前支架进行连接，实现机尾端头支架的自动化行走;

2）由于工作面需将三角煤割透，为避免下顺槽截面过大增加顺槽顶板维护难度，在有限的空间内机尾顺槽处新设计新型支架，机尾端头支架后部采用双排立柱，顶梁宽度1米，底座宽度为0.8米;

3）端头支架结构简单，支架重量轻便于拉架，后部支架为四柱正连杆机构;前部采用单排立柱，单顶梁及单底座;

4）顶梁、底座分为前、中、后三部分，通过销轴进行铰接;由于机尾排头架与上帮间距离很小而且需要留出行人空间，所以将前、中顶梁底座为窄顶梁底座，底座宽度仅为420mm，顶梁宽度为350mm。

5）后顶梁、底座及四连杆机构深入老塘近2米，有效支撑老塘压力大区域。

四、端头及超前支架技术关键点

1、初撑力的确定

根据不同矿区提供的地质条件及考察矿区周围类似地质条件使用设备进行计算、校核与对比;确定合理的支架初撑力，首先要确定端头及超前支架的主要作用是“护”住顶板，端头支架及超前支架初撑力，如果初撑力过大容易破坏顶板，解决办法：（1）可适当减小立柱缸径同时加大立柱大缸强度;（2）通常泵站压力为31.5MPa，可在端头支架进液管处增加减压阀来减小端头支架进液压力。

2、端头、超前支架超前支护长度的确定

超前支护长度不是越长越好，支护长度过长会引起支架对顶板的反复支撑，容易造成对顶板的破坏，加大维护顶板的难度，所以需要根据不同矿区的压力影响范围确定合理的支护长度，并且为减少反复支撑次数，可加大超前支架推移千斤顶推移步距减少支撑次数使超前支架快速移动。

五、配置端头及超前支架的意义

1、提高了上、下顺槽的支护强度，提高了工人工作的安全性。922工作面配置了机头端头支架、机尾端头支架、超前支架组后，整个工作面形成了一个完美的配套取消了单体立柱的使用，有效的提高了作业安全性。

2、减小了工人的劳动强度，端头支架及超前支架均可通过自动化移架，省去了工人肩抗回撤单体立柱的劳累，有效提高工人的工作效率。

3、端头及超前支架操作灵活，方便，有效的提高了工作面推进速度，减少了为上、下顺槽顶板维护工人的数量，有效提高工作面的经济效益。

六、结语

端头及超前支架设计合理，支护强度大，操作灵活方便，易于行人安全及很好的维护了顶板，端头支架及超前支架的成功应用保证了工作面的安全生产，为煤矿带来了社会及经济效益。

参考文献：

[1] 陈  宇 《高工作阻力大采高放顶煤液压支架设计研究》 《煤矿机械》2008 年12期

[2] 王国法 《 液压支架技术》[J]. 北京：煤炭工业出版社  ，1999

[3] 赵宏珠  《综采面矿压与液压支架设计》[J].徐州：中国矿业学院出版社，1987

作者简介：

陈井龙（1982—），从事液压支架研发设计工作，现任中煤北京煤矿机械有限责任公司煤机装备研究院设计三所所长。

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