运输巷ZZX14000 20 29 型超前支架的研制.pdf

收稿日期2012 －06 －13 作者简介吕品 1970 － ，女，河南封丘人，主任工程师，现在郑州煤机综机设备有限公司从事液压支架及其辅助 设备的设计工作。 运输巷 ZZX14000/20/29 型超前支架的研制 吕品 郑州煤机综机设备有限公司，河南 郑州450013 摘要为了对运输巷进行有效支护，加快工作面推进速度，充分发挥综采工作面的效能， 研制了一种新型运输巷巷道用超前支架。该支架布置在转载机两侧，两侧结构完全相同，可互换 使用。一侧副架布置在主架中央，主、副两架互为支点交替迈步前移，同时主、副架交替支护顶 板，在前移的过程中顶板始终有支架支护。主架两侧安装有侧挑板，用以支护转载机上方和保护 行人安全。另外根据巷道支护长度的需要，可布置一组或多组巷道超前支架，以满足巷道超前支 护的需要。 关键词运输巷; 主架; 副架; 交替支护 中图分类号TD355 . 46 文献标识码B文章编号1671 －0959 2013 01- 0117- 03 Research and Development on ZZX14000/20/29 Mode Advance Support of Transportation Gateway LU Pin Zhengzhou Coal Machinery and Mechanized Mining Equipment Corporation Ltd． ，Zhengzhou 450013，China AbstractIn order to effectively support the transportation gateway，speed up the advancing rate of the coal mining face and fully play the perances of the fully mechanized coal mining face，a new advance powered support of the transportation gateway was researched and developed． The powered supports would be set up at the two sides of the stage loader． The structure of the two side powered supports would be the same and the powered supports could be alternatively applied． One side auxiliary powered support should be set at the middle of the main powered support and thus the main and auxiliary powered supports could be mutually as the support point and alternatively move forward． Meanwhile the main and auxiliary powered supports could alternatively support the roof and the seam roof would be always supported by the powered supports during the powered supports moved forward． The two sides of the main powered support were equipped with a side cantilever slab to support the roof above the stage loader and to protect the safety walking of the miners．According the requirements of the gateway support length，one group or multi group gateway advance powered supports could be set up in order to meet the requirements of the advance support of the mine gateway． Keywordstransportation gateway;main powered support;auxiliary powered support;alternative support 1概述 工作面超前支护一直是综采工作面防护的难点。一方 面由于综采工作面设备增加，设备尺寸加大，以及工序更 加复杂，对巷道超前支护的可靠性要求提高了［1 ］;另一方 面，由于矿井开采强度大，生产效率高、煤炭产量大，推 进速度和自动化程度提高，对综采工作面超前支护提出了 更高的要求 ［2 ］。另外，随着煤炭开采逐部向深部转移，巷 道矿压显现剧烈，巷道底鼓日益凸显，导致巷道断面缩小， 影响井下运输和人员行走，妨碍通风，甚至造成整条巷道 报废 ［3 －5 ］，巷道支架的应用，缓解了这种现象的发生，同 时对减少顶板事故的发生也有积极作用。 根据 煤矿安全规程规定，采煤工作面所有安全出 口即巷道连接处 20m 范围内，必须加强支护，综采工作面 在此范围内的巷道高度不得低于 1. 8m，即采面两巷 20m 范 围内必须采取超前支护措施。目前，超前支护方式主要是 采用单体支柱与金属铰接顶梁或长钢梁加强支护。在特殊 地质条件和巷道压力较大时，单体液压支柱配合铰接顶梁 进行超前支护的局限性就表现出来了。首先，对顶板压力 较大的煤层，达不到支护强度，易造成工作面安全出口处 顶板下沉，单体支柱钻底多，回撤困难。其次，当巷道高 度增高，单体高度也增高时，单体的重量就增大很多。这 711 2013 年第 1 期煤炭 工程装备技术 些因素不但增加了工人的劳动强度又不利于安全生产。再 次由于单体液压支柱、顶梁支设及回撤全部采用人力，不 仅易造成事故而且制约了工作面的推进速度［6 ］。 因此文章设计了一种新型运输巷超前支架，该支架是 专为山西大同唐山沟煤矿一次采全高综采工作面运输巷设 计的组合式巷道支架，完全解决了以上问题，操作方便， 安全可靠。 2支架组成及工作原理 2. 1支架组成 巷道超前支架的组成主要包括结构件、液压缸、液压 控制阀和管路系统，其结构组成图如图 1 所示。 1主架顶梁;2副架顶梁;3主架底座;4副架底座; 5前挑梁;6后挑梁;7侧挑板;8主架四连杆机构; 9副架四连杆机构;10副架立柱;11主架立柱; 12推移千斤顶;13侧挑千斤顶;14前挑梁千斤顶; 15后挑梁千斤顶;16转载机 图 1巷道超前支架结构图 1结构件整个巷道超前支架包括左右两架，分布在 转载机两侧，左右两架结构完全相同，每侧支架由主架和 副架构成，副架布置在主架中间，主架和副架又由各自的 顶梁、底座、四连杆机构等几部分组成，其中副架顶梁 2 前端铰接有前挑梁 5，主架顶梁 1 后端铰接有后挑梁 6，主 架顶梁 1 两侧安装有侧挑板 7。 2液压缸包括立柱、推移千斤顶、前挑梁千斤顶、 后挑梁千斤顶、侧挑千斤顶。 3液压控制阀包括操纵阀、液控单向阀、安全阀、 截止阀、同步阀。 4管路系统包括各种规格的高低压软管、管接头及 其附件等。 2. 2工作原理 该运输巷超前支架布置在转载机两侧，两侧结构完全 相同，每侧由主架和副架构成，副架布置在主架中央。主、 副两架互为支点交替迈步前移，主、副架交替支护顶板， 在前移的过程中顶板始终有支架支护。一个工作循环如下 1转载机一侧支架前移。其工作步骤为①副架顶梁 脱离顶板操纵副架立柱，使副架顶梁 2 稍微脱离顶板; ②副架前移以主架为支点，推移千斤顶 12 伸出，副架前 移;③副架顶梁撑住顶板操纵副架立柱 10，副架顶梁 2 撑住顶板，并使立柱达到初撑力;④主架顶梁脱离顶板 操纵主架立柱 10，使主架顶梁 1 稍微脱离顶板;⑤主架前 移以副架为支点，推移千斤顶 12 缩回，主架前移;⑥主 架顶梁撑住顶板操纵主架立柱 11，主架顶梁 1 撑住顶板， 并使立柱达到初撑力。 2转载机另一侧支架前移，操纵步骤同上。 3转载机两侧也可同时前移，这时需同时操纵两侧支 架，操纵步骤同上。 3支架架型及主要结构件设计 3. 1支架架型及支架高度与工作阻力的确定 1支架架型确定。支架设计为多立柱结构型式，这种 布置形式结构紧凑、支架受力均匀。支架的稳定机构采用 四连杆机构，与工作面四连杆结构的液压支架相同，吸取 了其稳定性好及抗偏载能力强的优点，且支架调高范围大。 2工作阻力确定。巷道超前支架必须能够适应支护断 面尺寸的变化，有效地维护巷道的断面空间，控制巷道变 形 ［7 －9 ］。针对该矿现有支护巷道单体支柱的布置情况，确 定支护强度为 0. 3MPa。根据支护面积，确定该巷道支架工 作阻力为 14000kN。 3支架高度的确定。该矿运输巷巷道为矩形断面，宽 为3. 8m，净高2. 5m。为适应巷道高度变化、考虑到顶棚的 厚度及顶、底板条件，防止巷道局部冒顶使支架顶空失去 支撑能力，确定支架高度为 2. 0 ～2. 9m。 3. 2底座设计 为了方便支架的下井运输及安装，副架底座由 4 节铰 接而成，每节都采用分段式箱形断面，结构简单可靠。主 架底座由 3 节铰接而成，每节也都采用分段式箱形断面， 左右两侧每节都有连接板连接，刚性大，抗扭、抗弯能力 强。副架底座布置在主架底座中央，副架底座高度低于主 架底座，以便于在主架中央行走。 根据运输巷断面宽度 3. 8m，考虑到不同型号转载机外 形宽度的不同，给出较大的富裕量，确定转载机一侧主架 底座的宽度为 0. 69m，副架底座宽度为 0. 3m，主、副架之 间的单边间隙为 0. 015m。 主架立柱在底座上柱窝的布置，在纵向上 即支架前移 方向 使其让开后面副架立柱 0. 7m 以上，并且让开副架四 连杆机构，避免发生干涉;在横向上 即巷道断面方向 ， 放置在连接主架底座左、右部分的连接板上，布置在主架 中央。主架底座是巷道超前支架的重要受力部件，要求具 有良好的抗弯性能。主架底座其中一节底座模型有限元分 析结果如图 2、图 3 所示。 由图 2、图 3 可以看出，主架底座结构的最大应力位于 底座柱窝两侧的加强筋板部位，最低安全系数为 3. 3，选取 高强度板 Q460 用做加强筋板，可提高安全系数;最大位移 位于底座柱窝，可选用 ZG30Cr06 材料。 3. 3顶梁设计 1巷道主架顶梁由 2 节铰接而成，每节顶梁由上下盖 板和加强筋板焊接成封闭式棋盘形的箱形结构。主架顶梁 811 装备技术煤炭工程2013 年第 1 期 左右两侧结构相同，每节都有连接板连接。副架顶梁由 3 节铰接而成，每节顶梁也由上下盖板和加强筋板焊接成封 闭式棋盘形的箱形结构。副架顶梁高度低于主架顶梁高度， 布置在主架顶梁中央。巷道支架顶梁中，主架顶梁受力状 况最为复杂，同主架底座一样，要求具有良好的抗弯及抗 扭转性能。主架顶梁其中一节顶梁模型有限元分析结果如 图 4、图 5 所示。 由图 4、图 5 可以看出，主架顶梁结构的最大应力位于 顶梁柱窝垫板部位，最低安全系数为 3. 4，选取高强度板 Q460 用做柱窝垫板，可提高安全系数;最大位移位于顶梁 柱窝，可选用 ZG30Cr06 材料。 2主架顶梁后端设置后挑梁，副架顶梁前端设置前挑 梁，以适应不平顶板。 3主架顶梁两侧设侧挑板，中央可对转载机进行支 护，两侧可保护行人安全。 4液压系统设计 运输巷 ZZX14000/20/29 型巷道超前支架长 10m，由于 操纵阀组位于支架的一端，操纵立柱升降顶梁时，离操作 者距离远的地方支架状态不容易观察到，顶梁会高低不平。 为了使立柱同步，顶梁始终处于水平状态，采用了同步阀， 主、副架立柱各用一片操纵阀控制。 5结语 运输巷 ZZX14000/20/29 型巷道超前支架适应不同型号 的转载机，极大地适应煤矿井下狭窄空间运输、安装要求， 适应煤矿井下复杂顶、底板工况。每架长约 10m，用户可 根据超前支护总长度确定运输巷巷道超前支架的数量。该 种结构型式已成功地应用于山西大同唐山沟煤矿综采工作 面运输巷，极大地提高了工作面的推进速度，为煤矿生产 企业带来了良好的经济效益。但是在使用中应该注意以下 两点 1当支架的实际使用高度接近或达到支架的最低高度 时，将导致支架无法脱离顶板而前移，也就是压死架现象。 底鼓、顶板下沉量大是引起这种现象的主要原因，此时需 及时修理巷道和清理浮煤。 2当巷道底板高低不平、底板遇水软化时，会造成支 架走不动，需及时修复底板，使底板尽量保持平直。 参考文献 ［ 1］王国法，刘俊峰，李政，等． 放顶煤液压支架与综采放顶 煤技术 ［M］ ． 北京煤炭工业出版社，2010． ［ 2］王勇，王东东． 开采矿区地质力学评估及巷道支护参数的 确定 ［ J］ ． 煤炭工程，2011， 10 40 ～42． ［ 3］赵明洲，张继华，汪华君． 深井准备巷道底鼓成因及其防治 对策 ［ J］ ． 煤炭科学技术，2011，39 10 26 ～28． ［ 4］张俊杰，侯保良，郑俊超． 反底拱支护技术在软岩扩修巷道 中的应用 ［ J］ ． 中州煤炭，2012， 2 61 ～62． ［ 5］杨宏敏，杨吉平，丁效雷，等． 采动敏感底板巷道支护技术 研究 ［ J］ ． 煤炭工程，2007， 10 35 ～37． ［ 6］刘金生． 巷道液压支架的开发使用 ［J］．煤矿开采，2000， 41 4 48 ～49． ［ 7］徐亚民． 付村煤矿综放工作面回采巷道超前支架支护实践 ［J］ ． 煤炭科学技术，2010，38 7 35 ～37，84． ［ 8］李法柱，王根胜，段西亮，等． 综采工作面新型超前支架研 究与应用 ［ J］ ． 山东煤炭科技，2006， 3 57 ～58． 责任编辑赵巧芝 911 2013 年第 1 期煤炭 工程装备技术