高地压、强冲击条件下整体中置式新型端头支架应用

陈海瑞 侯正涛

（陕西正通煤业有限责任公司，陕西 咸阳 712000）

端头支护技术历来是煤矿开采的一大难题，尤其是综放工作面端头支护技术一直是制约该项开采技术的瓶颈。端头区支护效果的好坏，直接影响着工作面的正常运转与安全程度[1-2]。目前在综放工作面上，普遍采用传统的十字金属铰接顶梁（或一字梁）配合单体液压支柱支护[3-4]，严重制约了生产效率，综放工作面端部的出口维护是目前体力劳动最大、安全威胁和事故频发的一项工作[5]。本文结合正通煤业高家堡矿井二盘区首采工作面的现场，研究开发了一种适用于高地压、强冲击条件下整体中置式新型端头支架，并进行了阶段性试验。

1 正通煤业矿井综放端头技术现状

在二盘区首采工作面安装前，正通煤业高家堡矿井委托北京天地科技股份有限公司对矿井综放工作面三机设备进行配套选型设计。设计人员考虑矿井井深压力大，煤层具有冲击危险性等灾害，着力对工作面端头支护进行了选型研究，最终确定工作面端头部采用ZTZ26000/24/40型端头支架作为工作面前、后部刮板输送机的端头支护。

2 已回采工作面端头支护存在问题

正通煤业高家堡矿井将设计的ZTZ26000/24/40型端头支架（图1）应用于二盘区204综放工作面，发现存在以下问题：

图1 原设计ZTZ26000/24/40型端头支架

（1）推采过程中，后端头支架头后拖后处于工作面老空距离太大，且由于后端头为整体顶梁结构，虽然稳定性较好，但工作阻力偏低，时常出现压死支架现象（图2）。

图2 工作面端头支架压死

（2）端头支架整体吨位较大，尤其是后端头支架顶梁为整体顶梁，支架安装较为困难。

（3）前后端头结构形式不同，机械化自动操作困难，移架速度慢，增加劳动强度，提高了事故率。

3 整体中置式新型端头支架

3.1 主要设备配置

204综放工作面采用原设计端头支架，205综放工作面使用了改进后的整体中置式新型端头支架（图 3），工作面主要设备配置见表1。

图 3 改进后的整体中置式新型端头支架

表1 工作面主要设备配置

整体中置式新型端头支架将原设计的ZTZ26000/24/40型 替 换 为ZTZ24000/24/45型前端头支架、ZD18000/24/45型后端头支架。两种端头支架主要技术特征和参数见表2，结构特点如下。

表2 改进端头支架主要技术特征参数

ZTZ24000/24/45型支架主要结构特点：

（1）端头支架为左右两架一组中置式。

（2）顶梁为条梁结构，两个顶梁之间设有防倒调架千斤顶。顶梁两侧设计内、外护顶板，护顶板可实现上翘，外护顶板还可实现下垂。

（3）转载机在左右两架支架底座中间，底座对转载机高度没有限制。

（4）端头支架和与千斤顶直连的转载机或运输顺槽超前支架交替迈步前移。

ZD18000/24/45型支架主要结构特点：

（1）液压支架采用四柱支撑结构掩护式结构。

（2）端头支架为整体顶梁和掩护梁，分体式底座结构。

（3）转载机在左右两架支架底座中间，底座高度对转载机有一定要求。

（4）通过推移千斤顶和前部端头支架连接，端头支架整体前移。

（5）端头支架顶梁中部设计可封堵窗口，用于放炮打孔用。

3.2 新型端头支架优点

新型端头支架（前端头和后端头）在205接续工作面经过阶段性的试验，截至目前工作面已推采230 m，在井下使用效果显著，其突出创新主要表现在以下几个方面：

（1）端头支架为四柱中置式整体顶梁结构。

（2）顶梁前段内置伸缩梁结构，支架侧向及掩护梁下部设置挡矸装置。

（3）端头支架和转载机或运输顺槽超前支架交替迈步前移，推移油缸缸径尽量选大，加强迁移拉力。

（4）左右底座外侧设底调千斤顶。

3.3 应用效果

新型端头支架组在205接续面使用以来，现场使用效果较好，得到职工普遍认同。相比首采面端头支架组，新型端头支架组主要有以下优点：

（1）新型端头支架具有超前支护功能，取代了部分单体支护。

（2）明显改善了端头部位的支护效果，提高了端头的支护效率。

（3）端头处的顶板控制有了明显改善，杜绝了端头压架事故的发生，提高了生产效率。

（4）提高了劳动效率，平均每班可减少端头支架拉架和架间煤矸清理人工1个。

4 经济效益分析

新型端头支架约重56 t，根据招标价17 200元/t，项目投入：56 t×1.72万元/t=96.32万元。新型支架的应用，可降低工作面推采过程中压架事故发生的几率，减小端头架拉架难度，减少架间漏矸，提高劳动效率，平均每班可减少端头支架拉架和架间煤矸清理人工1个。以205工作面为例，205工作面预计推采420 d，每个人工480元，节省人工费380×3×480=54.72万元，该支架预计效益=节省人工费-设备折旧费=54.72-（96.32÷10）=45.088万元。

5 结语

中置式新型端头支架与改进前相比，明显改善了端头部位的支护效果，降低了工作面推采过程中压架事故发生的几率，减小端头架拉架难度，减少架间漏矸，提高了安全效益、经济效益。通过在205综放工作面现场应用表明，该新型端头支架极大地提高了工作面的安全性和高效性，具有较高的推广意义及借鉴经验。