急倾斜综采上端头液压支架研制与应用.pdf

第 1 6卷 第 2期 忌第 9 9期 2 0 1 1 年 4月 煤 矿 开 采 Co a l mi ni n g Te c hn o l o g y V o 1 ． 1 6 N o ． 2 S e r i e s N o ． 9 9 Apr i l 201 1 急倾斜 综 采上端头 液压支架研制 与应 用 周 明 昌，郑应彬 ，贺旭 东 四川华 蓥山广 能集团有 限责任公 司，四川 广安 6 3 8 6 0 0 [ 摘要 ] 随着 大倾 角综采煤 层倾 角不断增大 ，工作 面上端 头支护采用传 统 的支护方 式， 已不 能适应 4 5～ 6 0 。 急倾斜煤层安全 生产 的需要。为此，针 对急倾斜 上端头支 架受力特 点和支 护要求进 行 架 型和 结构研 究设计。研制成功 的 Z T J 3 6 0 0 ／ I 3 ／ 3 1型 急倾 斜端 头支 架，在 最大 倾角 5 5 。 工作 面上端 头 使用 ，效果 较好 ，具 有较高的应用价值。 [ 关键 词] 急倾斜综采 ；上端 头；液压支架 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 6 [ 文献标识码】B [ 文章编号】1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 1 0 2 - 0 0 7 1 - 0 2 De v e l o p me nt o f Po we r e d Su pp or t f o r Up pe r Te r mi n a t i o n o f S t e e pl y- i n c l i ne d M i ni ng Fa c e a n d I t s Ap pl i c a t i o n 近年来 ，广能集 团公司部分矿井随着开采深度 的不断延伸，煤层倾角进一步加大，大部分可采储 量的煤层倾角已达 5 0 。 以上 ，传统 的端头支护 已无 法适应煤层倾角进一步加大的要求 。因此 ，研制新 的急倾斜综采上端头支架是既现实又紧迫的课题 。 1 急倾斜综采上端头支架支护要求 1 适应 4 5～ 6 O 。 倾角煤层的变化 。 2 承受急倾斜顶板压力和动压。 3 适应底平顶斜巷道高低和宽窄的变化 。 4 有效支护风巷顶 板和保护好刮板输送 机 电机和防止片帮的威胁 。 2新 型上 端头 支 架研 制 2 ． 1 架型选择和支架结构 为了满足 6 0 。 急倾斜 综采上端头 的支 护要求 ， 经过分析研究认为 ，将支架设计为四柱支撑掩护式 支架 ，两侧面增加边立柱和边底座支撑来满足顶底 板的变化。支架结构见图 1 。 2 ． 2 支架受力特 点 1 工作面支架是在煤层平行顶底板 间支撑 ， 垂直力 由立柱承受 ，水平力 由四连杆承受 ，支撑很 稳定。 2 前移式 端头 支架 在缓倾 斜 煤层 工作 中 ， 一 般也是在平行于或近于平行顶底板问支撑 ，受力 状况近似于工作面支架 ，倾角稍大时 ，用在支架之 间连接的千斤顶的受力支撑稳定性差。 3 支撑掩护式端头支架的工作状况有多种 ， 1 一 前 柒 ；2 一 顶 梁 ；3 -- 掩 护 梁 ；4 -- 前立 柱 ；5 一 后 立 柱 ； 6 一前连杆 ；7 --后 连杆 ；8 --底座 ；9 m刮板输送机 ； 1 O ～ 刮板输 送机电机 ；1 1 --前过桥 ；1 2 一后过桥 ； l 3 一前梁千斤顶 l 4 一边 立柱 ；l 5 一推移千斤顶 ；1 6 一推移座 图 1 支架结构 变化很大 。当工作面支架在上下窜动时会造成端头 支架底座受力不均 ，有时候甚至有少于一半受力的 情况 ，但是通过边立柱的支撑 ，上端头支架始终都 对巷道顶板起到了很好的支撑作用。通过铰接前梁 也能够对前方已采区进行有效支护。 2 ． 3 支架结构件及其作用 1 底座采 用半封底式底板 ，设 计了 2个 可拆过桥 ，采用过桥连接的方式 ，把两边底座连接 起来 ，在满足支护强度的情况下 ，也把输送机电机 藏入底座内部 ，保护电机不受损坏 。在两前端设有 推移千斤顶 的联接耳 ，方便安装输送机机头推移千 斤顶。 2 铰接前 梁 采用铰接式前梁来 及时保 护 已采区顶板 ，减少端头上方的片帮伤人等危险。 3 边 大小底座 增加边大底座 和边小底 座 [ 收稿 日期 ]2 0 1 0 0 8 1 7 [ 作者简 介] 周明昌 1 9 6 2 一 ，男 ，四川泸州人 ，高级工程师 ，长期从 事煤矿 机电管理工作 ，现任广能华 团机运部副部长。 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 9 9期 煤 矿 开 采 2 0 1 1年第 2期 来改善在倾斜状态下的底座受力及与巷道底板接触 状况。边立柱的铰接处需要能够适应大范围摆动角 度的支撑座 ，并且要有足够的强度 ，所以在边立柱 与顶梁联接处并没有采用以往 的柱帽结构方式 ，而 是采用 了可转动支撑座的联接方式。边立柱与底板 相连接还是采用了柱窝的联接方式 ，以适应大的支 撑力 ，并且能够很好地接触底板 ，跟柱窝联接在一 起 ，以获得更大的接触面积 ，以便能够很好地保护 三角区域 的顶板。 4 输送机推移座 机头 的传统装置处都没 有液压支架和拖杆 ，而 电机和减速器又非常笨重， 在 电机和减速器藏人支架后，就不能够像以前一样 采用单体支柱辅助推移 ，虽然解决了电机减速器的 防护和顶板的有效控制 ，但是输送机机头的移动困 难却摆在 了面前。 根据输送机的机头型式 ，通过研究分析 ，确定 利用输送机机头原有的推移座 ，在底座前端的两侧 位置处各设计 1 个推移千斤顶 ，该千斤顶采用 了大 缸径 ，大推力 ，其一端连接在底座上面，另一端连 接在输送机机头的推移座上 ，见图 2 。 1 一 前 立 柱 ；2 一 后 立 柱 ；3 一 底 座 ；4 一 刮 板 输 送 机 ； 5 一刮板输送机 电机 ；6 一前过桥；7 一后过桥 ； 8 一边立柱 ；9 一推移 千斤顶 ；1 0 一 推移座 ；1 1 一 可变调架梁 图 2 底座 与推移装置 该设计方案可靠地保护了输送机电机和控制了 顶底板 ，又能顺利地推移输送机机头 ，可以满足急 倾斜上端头液压支架 的使用要求 。 5 可变调架梁装置 为 了使得上端头支架 与工作面支架能够很好地调正 ，设计了可变调架梁 装置 。该装置可 以很好地调整上端头支架与工作面 支架的问隙 ，使其相互 依托，起 到一定 的防滑作 用。详见图 3 。 2 ． 4液压系统 采用同本架操作的液压控制方式，采用大流量 操纵阀、单向阀和安全阀，使液压元件和支架构件 的过载保护性能更有效 ，保证了移架快速。 2 ． 5 主要技术特征 7 2 1 一前梁 ；2 -- 琐梁 ；3 --前立柱 ；4 m后立柱 ； 5 一 下边立柱 ；6 m前过桥；7 一后过桥 ； 8 一输送机 ；9 --上边立柱 ；l O 一刮板输送机电机 图3 可 变调架梁装置 Z T J 3 6 0 0 ／ 1 3 ／ 3 1型 液 压 支 架 高 度1 ． 3 ～ 3 ． 1 1T I ，中心距 2 0 1 0 mln ，宽度 1 7 5 0～2 2 0 0 m m，初 撑力 3 1 6 0～ 3 5 0 0 k N，工作阻力 3 5 5 1 3 9 3 3 k N，支 护 强 度 0 ． 5 5 ～0 ． 5 6 MP a ，底 板 比 压 0 ． 6 2 ～ 1 ． 2 8 MP a ，适 应 煤 层 倾 角 4 5 ～6 0 。 ；泵 站 压 力 3 1 ． 5 MP a ；操纵方式本 架 控制 ，先移架 ， 后推溜。 立柱、千斤顶立柱为 b l S O m m单伸缩双作用 机械加长立柱 4根，推移千斤顶 2根 ，侧推千斤顶 4根 ，调架梁千斤顶 2根 ，防倒千斤顶 2根 ，铰接 顶梁千斤顶 2根 ，调正千斤顶 2根 ，q S 1 6 0 m m边立 柱 千斤顶 3根 。 2 ． 6配套设备 1 配套设备Z J 3 6 0 0 ／ 1 3 ／ 3 1急倾斜综采液 压支架 、MG 2 5 0 ／ 6 2 0型采煤 机 ，S G B 7 3 0 ／ 1 6 0型刮 板输送机 垂直机头 。急倾斜综采工作面设备布 置见 图 4 。 图4 急倾斜综采工作面设备布 置 下转 1 0 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 司林坡 全景钻孔窥视仪在水压 致裂法地 应力测试 中的应用 2 0 1 1年第 2期 帮出现应力降低区 ，在巷道顶板与底板 出现应力集 中区。随着巷道轴线与最大水平主应力方 向夹角的 增加 ，顶底板的水平应力集 中区逐渐远离巷道，但 范围与应力值不断增大 。 2 锚杆支护主要作用在 于控 制锚 固区围岩 的离层 、滑动 、张开裂隙等扩容变形与破坏 ，在锚 固区内形成次生承载层 ，最大限度地保持锚 固区围 岩的完整性 ，避免围岩有害变形的出现 ，提高锚 固 区围岩的整体强度 和稳定 性 。该处 巷道顶板 以 上 0～1 ． 0 m离层明显 ，5 ． 0～1 0 ． 0 m段为非常明显 的破碎区，该处顶板锚杆长度为 2 ． 4 m，锚索长度 为 7 ． 3 m。由于锚杆 支护强度 和刚度不足 ，锚 固范 围内岩层离层明显 ，岩层 自身承载能力降低 ；而锚 索锚固端所在岩层极其破碎 ，锚固范围外岩层亦非 常破碎 ，该状况是出现巷道顶板整体下沉的最主要 原 因 。 3 受围岩结 构 、支护状 况 以及水平 应力 的 影响，该处存在大的安全隐患 ，建议采用注浆加 固 手段对锚 固区及以外岩层进行处理 ，改善巷道顶板 岩层结构 ，提高围岩的强度 ，从而增加顶板 围岩 自 身承载能力 ，保持顶板 的稳定性 。 6结论及 建议 1 全景钻孑 L 窥视仪使用便 捷 、测 试结果清 晰，非常适合煤矿井下夹层 、裂隙 、离层和岩脉发 育 ，致使无法取得岩芯的破碎地层 围岩结构观测。 其测试结果可分为钻孔平面展开图以及 圆柱图，两 者结合使用可对岩层结构有更为直观的认识 。 2 将全景钻孔窥视仪应用于地应力测试 中， 可以获得测 站处顶板 岩层的分布状 况 ，节理 、裂 隙 、离层等的准确位置。根据观测和记录结果 ，准 确选择适宜的孑 L 段进行水压致裂和印模 ，能提高测 试成功率 、准确性和可靠性 。 3 通过 测站 处全 景钻孑 L 窥视 仪 观测结 果 ， 可以对巷道顶板煤岩体结构面分布与完整性做出判 断 ，可以直观地评价巷道的支护效果 ，还可以用于 岩层支护与加固设计 ，工程质量检测与加固效果评 价等方面。 4 运用其他学科 相关理论及研究手段对钻 孔结构观测结果进行分析和处理 ，可以增大实测数 据的代表性和说服力 。对裂纹进行有效地动态监测 是 了解和掌握煤岩体结构变化特性 的必要手段。 [ 参考文献 ] [ 1 ]张晓 ．小孔径水压 致裂法 地应力 测量技 术研究 及现场 应用 [ D]．北京 煤 炭科学 研究总院 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ]蔡美峰 ．地应力测量 原理 与技术 [ M J．北 京 科 学 出版社 ， 2 0 0 0． [ 3 ]煤炭科学 研究 总 院北 京 开采 所 ．井 下快 速 地 应力 测试 技 术 [ R]．北京 2 0 0 0 ． [ 4]康红普 ，林 健 ．我 国巷 道 围 岩地 质力 学 测试 技 术新 进 展 [ J ]．煤炭科学技术 ，2 0 0 1 ，2 9 7 ． [ 5 ]K a n g H P，Z h a n g X，S i L P ． I n - s i t u s t r e s s m e a s u r e m e n t a n d s t r e s s di s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s i n u n d e r g r o u n d c o a l mi n e s i n Ch i n a [ J ]． E n g i n e e ri n g G e o l o g y ，2 0 1 0 1 1 6 3 3 5 - 3 4 5 ． [ 6 ]李方全 ，李廷美 ，王恩福 ，等 ．水 压致 裂法原 地应力 测量实 验 [ A]．地应力研究文集 [ C ]．北京 地震出版社 ，1 9 8 4 ． [ 7 ]苏波 ．煤 岩 体结 构观 测 及对 巷道 围岩稳 定 性 的影 响研 究 [ D]．北京 煤炭科学研究总院 ，2 0 0 7 ． [ 8 ]侯发亮 ，刘军 ，等 ．应 力解 除时岩 芯 中的应力状 态及饼 状 岩芯破裂 成 因 分析[ J ]．岩 石 力 学 与工 程 学 报 ，1 9 8 6 ，5 1 6 1 - 7 8 ． [ 9 ]林健 ．巷道围岩地质力学现场测试技 术 [ D]．北京 中国 矿业 大学 北京 ，2 0 0 4 ． [ 1 O]康红普 ，林健 ，等 ．山西煤矿 矿区井下地 应力场分布特 征 研究[ J ]．地球物理学报 ，2 0 0 9，5 2 7 1 7 8 2 1 7 9 2 ． [ 1 1 ]康红普 ，王金华 ．煤巷锚 杆支护理论 与 成套技术 [ M]．北 京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 责任编辑 王兴库] 上 接 7 2页 图 4中，1 为 MG 2 5 0 ／ 6 2 0型采煤机 ；2为下端 头支架 ；3为 S Z Z 7 3 0 ／ 1 6 0型转载机 ；4为 z J 3 6 O O ／ 1 3 ／ 3 1急倾 斜工 作面 液压支 架 ；5为 S G B 7 3 0 ／ 1 6 0 型刮板输送 机 垂直 机头 ；6为 Z T J 3 6 0 0 ／ 1 3 ／ 3 1 端头支架 ；7为 回风巷。 2 适应条件 适 应于垮落法处理顶板 的走 向长壁工作面，一次采全高或分层开采上分层。采 高 1 ． 7～ 2 ． 9 m，直接底或煤底 分层顶层 ，倾角 2 5 ～6 0。 3 应 用效 果 1 急倾斜综采上端 头液压支架 已于 2 0 0 8年 在绿水洞煤矿安装使用至今 ，达到了对急倾斜工作 面上端头 的安 全支护要求 ，减轻 了工人 的劳动强 度 ，最大倾角达到 5 5 。 ，平均月产最高达 5 3 k t 。 2 急倾斜综采上端头液压支架的成功使用 ， 解决了急倾斜工作面上端头的支护难题 ，完善了急 倾斜的综采设备配套 ，本研究项 目已申请专利 ，具 有较高的实用价值。 [ 责任编辑 邹正立] 1 01 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m