综采超前无反复支撑门式支架的研制与应用

白永昱

(晋能控股集团 忻州窑矿，山西 大同 037003)

塔山矿特厚煤层综放开采过程中，在采场及超前支承压力的作用下，两巷超前段矿山压力显现剧烈，特别是临空巷道，原设计断面为高×宽=3.7 m×5.2 m，受压变形后，顶底板移近量在0.3～1.2 m，两帮移近量在0.2～0.8 m。传统的临空巷超前支护采用“三梁三柱”的单体柱+花梁形式，在超前50 m范围布置3排单体柱，共计126根。但使用单体柱也存在一些问题：第一，由于单体柱的支护强度较低，在超前支承压力的作用下，超前段顶板易发生下沉破坏；第二，反复支柱和撤柱的过程易导致顶板的破碎，易发生尾巷安全出口不畅通，甚至局部冒顶等事故；第三，支回柱过程存在众多不安全因素，花梁跌落、液管伤人、单体柱挤人等事故影响安全生产；同时，回撤单体柱体力劳动强度大、耗工费时。由此分析，传统的尾巷超前段支护形式亟需改进革新[1-2]。

1 超前支护门式支架研发和改进

为了改变传统单体支柱超前支护存在的不足，研制了一种新型的临空巷超前支护门式支架，定义型号为ZLC2×1410/26.5/41.5。该支架由1根横梁、两根立柱、链条及其配件等组成，见图1。

图1 超前支护门式支架示意(mm)

立柱规格为D200/D160 mm，行程为1 500 mm，采用外进液方式，工作阻力为1 410 kN。横梁长度4 400 mm，宽度400 mm，高度400 mm，每根横梁与两根立柱通过销轴连接组成，横梁中下部的下表面布置有定位卡齿。为保证支护装置对顶、底板的适应性，立柱底部设有圆形托盘(直径为500 mm)，托盘与立柱底部采用球形铰接。每个门式支架与相邻架间用矿用圆环链条相互拉紧连接，防止支架倾倒。

在开采过程中，尾巷顶板易发生两帮不均匀沉降，为提高门式支架对不同顶板条件的适应性，针对门式支架存在接顶不严实、支护不完整等问题，在每个支架横梁长轴的侧面加装了4套二级伸缩油缸系统，并焊接了尺寸为550 mm×350 mm的30 mm钢板，作为门式支架的辅助强化支撑装置。当超前段巷道的两帮下沉量相差较大时，将接顶不严实侧的二级伸缩油缸升起，即可实现对顶板的完整支护。

2 超前支架的搬运

2.1 支架搬运车辆

由于超前支护门式支架单架重量为3.05 t，移架时，支架采用WC3Y(B)型防爆柴油机无轨胶轮车运输，该胶轮车是一种新型运输车辆，以防爆柴油机为动力，运行速度5.2～14 km/h，装备了带有旋转机构的升降平台，上表面布置有定位卡齿，能够与门式支架横梁下表面的定位卡齿相互咬合，保证支设及回撤运输时的稳定性，见图2。

图2 门式支架现场应用

2.2 支架支设和搬运

在支设门式支架时，使用防爆胶轮车将支架横梁托住，并收回立柱，通过该车的旋转平台将支架旋转一定角度，运送至需重新支设的位置后升起立柱，当超前段巷道的两帮下沉量相差较大时，将接顶不严实侧的二级伸缩油缸升起，保证接顶严实，支架时可以使用车辆自带的液压系统对支架立柱进行打压升紧，此为支设的一个完整工作循环。为保证撤架时，单跨门式支撑装置能在升降平台的旋转机构上转动到位，单跨门式支撑装置的排距设为1 800 mm±100 mm；超前支护共使用30架单跨门式支撑装置对巷道进行长度50 m超前支护。

2.3 支架搬运车改进

针对防爆胶轮车自带的乳化液箱容积较小不能很好满足支护需要的问题，从工作面尾端头支架布设1趟高压液管，使用从乳化液泵站提供的高压动力，配套门式支架的快速接头，可实现快速支撤。针对门式支架重量大的问题，在平台升降机构四周加焊了16 mm的板材，加固了胶轮车旋转平台，提高了防爆胶轮车的承载力，确保使用过程中的安全稳定性能。

3 应用效果

ZLC2×1410/26.5/41.5型超前支护门式支架在塔山矿C3-5号层8222工作面应用效果较好，巷道顶底板和两帮变形量由原来最大1 m减小至0.3 m，保证工作面出口的畅通。同时可为每个生产班节省支护工4名，每年约节资108万元，节约单体支护材料费用成本约200万元。该支架的应用不仅从根本上杜绝了单体柱挤人、花梁跌落伤人等事故，同时提高了超前支护的效率，省时省工，提高了安全生产工作效率。

4 结 语

通过现场应用比较，无反复支撑门式支架相比于传统的单体液压支柱优势显著，具体为：

1) 超前支护强度高，单架支架工作阻力为1 410 kN×2，超前50 m范围内门式支架的支护强度为0.33 MPa，是单体柱支护强度的5.8倍。

2) 超前支护支设与回撤的全部工艺流程均由机械操作完成，机械化程度达100%，大大降低了支护工的劳动强度，支护速度及效率均有大幅提升。

3) 门式支架属于无反复支撑装置，杜绝了单体柱多次升降柱对顶板的二次破坏，增强了顶板的完整性，保证安全出口的畅通。

4) 应用门式支架从根本上杜绝了支护工支回单体柱发生的砸脚碰手、单体柱挤人、花梁跌落伤人等事故，显著提高了超前支护的安全性。

5) 由于门式支架跨度近4 m，为工作面形成了运送物料及进出大件设备的快速通道。加上无轨胶轮车的配合，对于综采设备大件的更换十分有利，避免了以往进出大件把单体全部回撤的麻烦，安全便捷。