单列超前支架在青龙寺煤矿的应用

苗发强，张虎雄，马 雄，李志明

1国家能源集团榆林能源有限责任公司青龙寺煤矿分公司陕西榆林 719408

2郑州煤矿机械集团股份有限公司 河南郑州 450016

2 014 年，青龙寺煤矿在工作面回风巷用两架一组形式的超前液压支架代替单体支护，解决了单体支护推进速度慢、支护强度低、支护面积小、支设和回撤劳动强度大、安全系数低、维修成本高等问题。但是工作面运输巷由于巷道高度低、转载机短、配套设备体积大等因素，无法布置两架一组形式的超前液压支架，仍然采用单体支护。2021 年青龙寺煤矿与郑煤机集团合作研制了单列超前支架，解决了工作面运输巷的支护问题[1-4]。

1 单列超前支架布置方式

工作面运输巷道尺寸和配套设备如表 1 所列。

表1 工作面运输巷道尺寸和配套设备

如图 1 所示，单列超前支架由前后两架组成，布置在转载机行人侧，前架位于破碎机前方，后架位于刮板机垂直电动机和破碎机之间。前后架底座由推移千斤顶和连接杆连接，前架的推移千斤顶连接在带式输送机自移机尾上。

图1 单列超前支架配套简图

2 单列超前支架结构特点

单列超前支架主要技术参数如表 2 所列。

表2 单列超前支架主要技术参数

单列超前支架主要由顶梁、底座、四连杆机构、立柱、推移千斤顶等组成。为缩短顶梁长度，提高支架对巷道顶板的适应性，采用铰接顶梁加前梁结构；为减轻顶梁质量，避让锚杆锚索，顶梁两侧采用不带侧帮板的窄顶梁结构；为提高单列超前支架的稳定性，底座底板宽度设计为 1 m，且底座两侧设计有可旋转 90°的侧撑板；每架单列超前支架配置 2 根立柱，其结构和照片分别如图 2、3 所示。

图2 单列超前支架结构

图3 单列超前支架照片

3 单列超前支架稳定性分析

单列超前支架为窄长结构，在使用过程中，由于底板不平易造成支架横向倾倒，笔者对其横向稳定性进行了分析[5]。

根据经验和相关文献的分析计算[6]，单列超前支架越宽，重心越低，其横向稳定性就越好，适应的倾角就越大。为提高单列超前支架横向稳定性，笔者采取了 2 种措施：一是增加底座质量，减小顶梁质量，降低支架重心；二是底座底板宽度由 700 mm 加宽至1 000 mm，同时在支架底座两侧设置可收 90°侧撑板，每个侧撑板配置 2 个ϕ80 mm的千斤顶，两侧侧撑板完全打开后底座宽度可达 1 600 mm，如图 4 所示。当单列超前支架正常使用时，其侧撑板收回和打开后可适应的最大倾角分别为 25°和 36°，满足井下巷道正常使用要求。

图4 单列超前支架适应横向倾角

3 单列超前支架移架方式

前架与后架之间通过推移千斤顶、连接杆、连接头相连，前架由推移千斤顶通过特殊推移座和输送带自移机尾连接，以输送带自移机尾为固定点，通过收推移千斤顶进行移架。后架以前架为固定点，通过收推移千斤顶进行移架，前后两架均以拉架的方式进行前移，使支架在移架时尽量走直。推移千斤顶行程为1 800 mm，是工作面支架推移步距的 2 倍。单列超前支架移架顺序如下：

(1) 工作面推进第 1 刀后，后架前移 1 个步距，然后转载机前移 1 个步距；

(2) 工作面推进第 2 刀后，后架再移 1 个步距，此时后架推移行程用完，转载机再前移 1 个步距；

(3) 工作面推进第 3 刀后，前架每次移 2 个步距，前架推移行程用完，然后输送带自移机尾前移 2个步距；

(4) 第 1 个移架结束，进入下一个循环。

4 应用效果

单列超前支架于2021 年 6 月在青龙寺煤矿5-220601 综采工作面巷道中投入使用，目前使用效果较好。

(1) 单列超前支架代替了原来的单体支柱，提升了支护和推进速度，减轻了工人劳动强度，同时增强了对顶板的支护能力，降低了巷道顶板安全风险。

(2) 为了提高单列超前支架的稳定性，支架底座上设置侧撑板，防倒和稳定性方面达到了较好的使用效果。

(3) 青龙寺煤矿巷道顶板采用铺网加锚杆锚索支护，底板进行砼硬化，顶底板条件比较好，压力不大，单列超前支架能够满足井下巷道支护需求。

(4) 由于转载机比较短，前架推移点到达输送带自移机尾处后，前架可以选择 2 种移架方式：一是前端不配置推移千斤顶，靠后架的推移千斤顶推着往前走；二是前架与输送带自移机尾连接，靠收前架推移千斤顶进行拉架前移。第一种方式易导致前架被推歪，第二种方式增加自移机尾的前移频次，原设计自移机尾为工作面割 3 刀移一次，与超前架连接后必须2 刀移一次。考虑到前架歪斜扶架困难，选择第 2 种方式连接和移架。此种连接的移架方式在超前支架中也是一种新的尝试，目前移架效果良好。

(5) 单列超前支架采用电液控制系统，具备遥控操作功能，可以远距离操作，提高了操作安全性。

5 结语

对于巷道顶底板条件比较好的工作面，采用单列超前支护能满足巷道的支护要求，但鉴于支架稳定性的原因，大部分矿井还是采用两架一组形式，不仅增加了设备采购成本，还降低了超前支架的推进速度。单列超前支架在青龙寺煤矿的成功应用，对单列超前支架的使用和短转载机配超前支架的移架方式选择具有一定的借鉴意义。