下分层综采工作面两巷超前与端头液压支架的研制与应用.pdf

第 1 6卷 第 2期 总第 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 Ap r i l 2 01 1 下 分层 综 采工作 面两巷超前 与端 头 液压支架的研制 与应 用 刘忠远 ，李兴庆 上 海大 屯能源股份有 限公 司 龙东煤矿 ，上海 2 2 1 6 1 3 [ 摘要] 介绍了国内下分层综采工作面端头及超前支护状况以及存在的问题，通过调研、方 案设计 、结构设计 、受力分析 、理论 计算、矿压 分析 、加工制造 ，完成 了下分层 综采工作 面两巷超前 与端头液压支架 的研制及现场 应用 ，取 得 了较好 的经济和社会效益 。该 配套装备 既适应 下分 层综采工 作面 ，也适应普通综 采工作 面，具 有较好 的推广 应用前景。 [ 关键词 ] 下分层；综采工作面 ；超前支护 ；端 头支护 ；液压 支架 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 1 [ 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 3 - 0 4 De v e l o p me n t a n d Ap p l i c a t i o n o f Ad v an c e d an d Te r mi n a l Po we r e d S up p o r t f o r Lo we r S l i c e 1 Wi n i n g 1 国内综采两巷超前支护及端头支护技术现状 我国探索工作面两巷的超前机械化支护手段仅 仅经历了 5～8 a的时间 ，虽然采矿界始终重视长壁 工作面两巷超前支护及端头支护，但是受矿井开采 条件千差万别的影响 ，采取机械化支护方式的难度 较大 ，目前应用最广 的仍然是单 体液压支柱支护。 国内现有 的成套产 品适应 上分层综采 或综放工作 面 ，但还没有适应下分层综采工作面的成熟产品。 2 下分层综采面两巷及端头支护现状及存在问题 下分层综采工作面顶板为再生顶板 ，两巷无法 采用锚网索支护 ，多为矿用工字钢架棚支护，工作 面端头采用单体液压支柱配合双销梁或 兀梁作为工 作面上下 出口抬棚 ，超前采用单体液压支柱配合铰 接顶梁支护。采用此种支护形式 ，工作面端头顶板 暴露面积大 、矿压显现 明显 ，一直是顶板事故的高 发区域。初撑力低 、支护强 度低 ，端 头维护 时 问 长 ，维护工作量大 ，出口回收钢梁时间长 ，钢梁的 复用率低 不到 3 0 ％ ，钢粱丢失率高，工人劳动 强度大，维护 占用人员 多 3 4人 ，安全性差 ， 同时影响工作面生产能力的提高。 3 下分层综采面超前及端头液压支架的研制 3 ． 1 超前液压支架的主要参数和结构特点 工作面两巷超前支护一直是个难题 ，随着工作 面的推进 ，超前支护段的巷道 受工作 面采动影响 ， 再生顶板和煤壁 出现裂隙。因此 ，巷道超前液压支 架 ，既要保证足够的支护强度 ，机巷又要满足与转 载机 、破碎机的配套关系，能方便地实现设备问的 相互拉移 ，还要具备安全性和可靠性 ，同时还要考 虑巷道内足够的安全行人空间。 3 ． 1 ． 1 超前液压支架主要技术参数 主要技术参数见表 1 。 表 1 超前液压支架主要技术参数 名称 参数 型号 最小高度／ m 最大高度／ m 宽度／ m 工 作阻力／ k N 初撑力／ k N 支护强度／ MP a 底板 比压／ MP a Z T 2 5 O o o ／ l 5 ／3 0 1 ． 5 3 ． 0 0． 4 5 2 2 5 o o 21 9 7 8 1 ． 1 3 2． 】 9 3 ． 1 ． 2 超前液压支架结构特点 超前液压支架 2架 1组 ，单架 2根立柱 ，分段 铰接顶梁和底座 ，以便交替支撑顶板 、交替移架。 每架由顶梁 、底座、四连杆结构和立柱组成 ，四连 杆对整个支架起到 了保持前后和侧 向稳定的作用 ， 使支架形成稳定结构。支架前后之间，顶梁通过可 伸缩的箱 式梁连接 ，底 座之 间通 过推移千斤顶 连 接。横向的两架之 间，顶梁通过防倒千斤顶和连接 件连接 ，运输巷内转载机中置式布置。两巷各装 4 组 8 架 ，满足作业规程规定 的超前支护长度。 顶梁结构支架的顶梁长 3 ． 7 m，两个柱窝分 [ 收稿 日期 ]2 0 1 0 1 1 2 6 [ 作者简介]刘忠远 1 9 6 3 一 ，男 ，江苏丰县人 ，高级工程师 ， 现任上海大屯能源股份有限公司龙东煤矿生产矿长。 7 3 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 别位于顶梁两端 ，顶梁的中后部下方设有防倒千斤 顶耳座。前后两架的顶梁之间通过一个 2 ． 3 m长的 箱式伸缩梁连接。 掩护梁及 四连杆机构 与一般液压支架基本相 同，但与支架主体一样 ，采用窄体结构 。主要作用 是保持支架纵 向、横 向稳定性。 底座结构超前液压支架的底座是一个类似船 形的整体结构 ，以达到便于支架在前后底座之间的 推移千斤顶作用下推拉行走的 目的。 推移机构推移机构由 2部分组成 ，连接前后 两架底座之间的推移千斤顶和连接前后两架顶梁之 间的伸缩梁。支架行走时，前面的一架先降架 ，至 顶梁脱离顶板时即可 ，操作推移千斤顶将其向前推 移 1个步距 ，再进行升架 ，至其支护顶板；然后后 面的一架再降架 ，也是当支架顶梁脱离顶板时，操 作推移千斤顶将其拉移 1 个步距。 超前液压支架的优点支架单架形成支撑掩护 式 ，支撑能力强 ，工作阻力大 ；立柱分 布位置合 理 ，受力好，稳定性好 ；支架单架长度短 ，运输安 装方便 ，设伸缩梁铰接连接 ，对巷道起伏变化适应 性强；单架 支架宽 度 4 5 0 ram，支 架 占用空 间小 ， 有利于巷道狭小空间、设备布置和安全行人。 3 ．2 端头液压支架的主要参数和结构特点 工作面两端头部位是巷道和工作面的交岔点 ， 随着工作面的推进，该处顶板空顶面积大。工作面 机头加上输送机机头 、转载机尾汇集于此，空间被 占用 ，不利于出口支护、设备布置和行人。在机头 此处设端头支架 ，必须既要保证足够的支护强度 ， 又要很好地满足与输送机和转载机的配套关系，又 能方便地实现设备间的相互拉移 ，同时还要具备安 全性和可靠性。 3 ． 2 ． 1 端头液压支架主要技术参数 主要技术参数见表 2 。 表 2 端头液压支架主 要技术参数 名称 参数 型号 高度／ m 宽度／ m 工作阻力／ k N 初 撑 力／ k N 支护强度／ M P a 底板比压／ M P a Z TZ 1 6 6 2 0 ／1 8 ／2 9 1 ． 82 ． 9 3 ． 4～3 ． 4 6 l 6 62 0 1 5 7 0 5 0 61 3 1 ． 2 8 3 ． 2 ． 2端头液 压 支架结构特 点 支架形式为 2架 1 组中直式 ，以便交替支撑顶 板 、交替移架。每一架由 3节组成 ，最后一节是一 架支撑掩护式支架 ，掩护梁 、四连杆对整个支架起 7 4 到了保持前后和侧 向稳定的作用 ，同时与采空区隔 离，维持了足够的后部空间。中间的一节是单排立 柱支撑的支架 ，与最后一节连接，形成稳定结构 ， 并在第 1 ，2两排立柱之间形成较大的空间，可容 纳输送机机头与转载机进行搭接。最前一节为一个 铰接顶梁结构 ，内设伸缩梁 ，可实现与其巷道超前 液压支架顶梁搭接。转载机布置在端头支架之 间， 输送机与转载机 、端头支架均不连接 ，给于一定的 自由度 ，便于运输机上窜下滑时互不干涉。支架底 座的最前面是一个推移座 ，与转载机刚性连接 ，设 有 4个推移千斤顶，实现转载与端头支架的推移。 总之 ，端头支架 的主要结构采用了 2架 1 组 、分段 铰接顶梁和底座、单架 3排 6根立柱 、转载机中置 的形式。 硕梁结构 端头支架的顶梁 由 3节铰接组成 ， 既方便了支架下井运输 ，又可更好地适应巷道顶板 的起伏变化。最前一节顶梁为长度 1 ． 5 m的铰接顶 梁 ，结构灵活 ，以避免移架时顶梁与顶板干涉 。两 架端头支架的顶梁之间设置了防倒 拉紧 千斤 顶 ，可以调节两架顶梁的间距 ，防止支架倾倒 。靠 下帮的一架顶梁设置 了合叶式侧护板 ，支护下帮煤 壁 ，保护行人的安全。 底座结构端头支架的底座由 2节组成 ，便于 下井运输和适应底板起伏。工作面输送机机头置于 前面一节底座上 ，尽可能提供足够大的空间。 推移机构支架底座整体长 1 1 m、顶梁长 8 m、 净宽度 3 ． 4 m，重量 6 7 t ，一组支架总重量 1 3 4 t 。如 此大的设备如果不能很好地解决推移问题 ，将无法 使用 。结合矿与其配套 的运输机和转载机，设计了 特殊的支架推移系统。 端头液压支架的优点只有一套 四连杆机构 ，结 构简单 ，有效空问大 ，各设备之间互不干涉 ；立柱 分布位置合理 ，受力好 ，稳定性强 ；支架工作阻力 大 ，在满足所需支护强度的同时 ，顶梁和底座的支 护面积大 ，对巷道顶 、底板的适应和控制能力强； 支架的推移与转载机推移协调一致 ，保证了工作面 设备的推进度。 4 超前及端头液压支架现场应用 Z T 2 5 0 0 0 ／ 1 5 ／ 3 0 型 超 前 液 压 支 架 和 Z T Z 1 6 6 2 0 ／ 1 8 ／ 2 9端头液压支架在龙东矿 7 1 4 2下分 层工作面进行工业性试验 。为保证工业试验的安全 生产和顺利进行 ，制定了地面组装试运转 、井下运 输、安装 、操作维护等一系列规程 、规定。 4 ． 1 端 头支架地面组装调试 、井下运输及安装 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘忠远等 下分层综采工作 面两巷超前 与端 头液压 支架的研 制与应用 2 0 1 1 年第 2期 1 端头液压支架人 井前在矿综采车 间进行 了三机配套 、并完成联合试运转 。根据巷道 断面 ， 转载机 的布置 ，工作面输送机机头位置以及 与过渡 支架 、工作面支架 的衔接关系等进行 了地 面配套 ， 以保证井下安装顺利和使用。 2 因端 头支架尺寸大 ，重 量大 ，下井前 将 支架分解运输 ，工作面再装配 。 3 井下安装 时，首先加 固端头工字钢 金属 支架 ，要充分注意转载机与工作面输送机的机头位 置等配套设备的相互关系。安好第 1架之后及时接 通油管 ，将支架升起支撑顶板 ；再安装第 2架。安 装第 2架时，同时将转载机的机尾部分安装进去 ， 安装转载机和工作面输送机后 ，便可确定工作面排 头支架 即过渡支架位置 ，各环节必须把握好。 4 ． 2 巷道超前液压支架地面、井下运输及安装 1 地面运输 应采用整架 运输 ，将 支架 的伸 缩梁收回并锁定 ，将支架降至最低位置。 2 在矿井提升 、运输能力 和巷道通过 能力 允许 的情况下 ，应尽可能整体运输 ，以缩短总的拆 装时间，提高安装质量 。 3 在井下先安装 端头支架 ，然后安装工作 面输送机 ，再安装工作面支架 ，最后安装两巷超前 液压支架 。 4 ． 3 超前液压支架和端头液压支架的操作及维护 1 加强培训。对管理干部 、技术人员和操 作维护人员 ，进行技术培训 ，要求了解端头及过渡 支架结构 、性能 ，熟悉和掌握操作 、维护技能 ，经 考核合格 ，才能操作 。 2 建立健全规章制度 。包括设 备管理制度 、 操作和维修制度 、 交接班制度 、 事故分析追查制度。 3 井下更换 、检修液压元件 ，要求将浮煤 、 浮矸 、杂物清洗干净 ，阀组要保证其 良好的性能。 4 ． 4工 业性 现场 试验 7 1 4 2下工作 面地面 标高 3 4 ． 1 1～3 5 ． 2 4 m，工 作面标高为 一 1 8 1 ． 6 8一 2 2 2 ． 4 4 m，走 向长度 1 0 6 9 ～ 1 1 6 4 m 2个切眼 ，期 间进行一次大小 面对接 ， 倾 向长度 8 0 ． 5～1 7 4 ． 5 m，煤层平均厚度为 2 ． 6 m。 倾角 2～1 0 。 ，工作面 回采储量 7 3 6 ． 3 k t 。直接顶为 上分层 回采 冒落后形成 的再 生顶板 ，岩性为粉 砂 岩 、泥岩 。 工作面初采 时面长 8 0 ． 5 m，安装 Z Y 5 2 0 0 ／ 1 6 ／ 3 3型支架 5 4架 ，上 出 口安装 了 2架去掉 尾梁 的 Z F 3 2 0 0 ／ 1 6 ／ 2 6轻放液压支架。工作 面推进 9 0 m后 在机头方向进行 大小对接 ，面长为 1 7 4 ． 5 m，增加 Z Y 5 2 0 0 ／ 1 6 ／ 3 3型支架 6 2架 ，工作 面共计 1 1 6架 ， 在工作面下端头安装 l组 Z T Z 1 6 6 2 0 ／ 1 8 ／ 2 9端头液 压支架 ，两巷各安装 4组 Z T 2 x 5 0 0 0 ／ 1 5 ／ 3 0型超前 液压支架 。 工作面上下巷支护采用 1 1号矿用工字钢架设 梯形 棚 支 护。运 输 巷 上 下 净 宽 分 别 为 3 ． 9 m， 4 ． 7 m，棚 距 6 0 0 mm；回 风 巷 上 下 净 宽 分 别 为 3 ． 2 m，4 ． O m，棚距 7 0 0 m m，净高均为 2 ． 4 m。 采煤方法为走向长壁后退式采煤方法 ，全部垮 落法处理顶板。采煤机在工作面中部斜切进刀 ，沿 再生顶板割煤 ，截深 6 0 0 mm，往返 1次进 1刀 ，割 煤时 ，采煤机前滚筒割顶煤 、后滚筒割底煤 。采煤 机螺旋滚筒配合工作面 S G Z 一 7 6 4 ／ 6 3 0刮板输送机 装煤 。采用追机带压移架 ，及时支护顶板 。 4 ． 5工作面回采情况 7 1 4 2下分层工作 面于 2 0 0 9年 5月 1日试采 ， 至 2 0 1 0年 3月底结束 与其他工作 面配采期 间， 该工作面一个半班生产 ，工作面实际累计生产原 煤约 8 0 0 k t 。正常生产时采取三班作业 ，早班上半 班检修 ，下半班生产 ，其余两班均为生产班。坚持 正规循环作业 ，圆班 出煤 1 0刀，早 班 2刀 ，中夜 班各 出煤 4刀。出 口的维护时间每刀煤 比过去减少 约 2 0 mi n ，每 天 多 出煤 1刀 。工 作 面 最 高 日产 5 0 0 0 t ，最高月产 1 2 5 k t 。 端头及超前液压支架支架的使用 ，改变 了原出 口回收钢梁的工序 ，出 口回料位置 由原来 的采空区 侧改为在超前与端头支架间进行 。钢梁的回收复用 率由原来 的不到 3 0 ％提高到 1 0 0 ％ ，丢失率为 0 。 端头出口端头液压支架 、超前液压支架支护强 度比用单体支护强度大大增强 ，安全可靠性大大提 高 ，出口、两巷超前支护段 的压力显现明显下降。 两巷 回收的钢梁变形量非常小 ，直接在井下整形后 即转入下一个接续 7 1 4 4工作 面使用 ，大大降低 了 支护成本 ，提高了经济效益。 5 综 采 下分层 使 用端 头及超 前 液压支 架 的优点 增强了出口支护强度 ，提 高了安全可靠性下 分层出口支护使用抬棚 ，支护强度低 ，金属支架容 易变形弯曲。因抬棚与金属支架直接接触 ，抬棚容 易整体 滑动 ，安全 可靠性差。出 口使用端头支 架 后 ，避免了工作面机头 、机尾使用 的抬棚支护强度 低 、容易整体滑动的现象 ，大大提高了出 口的支护 强度 ，安全可靠性显著增强。 大大减 少巷道挖底及维护工作量采用铰接梁 配合单体超前支护，由于支护强度低，矿压现象明 显，巷道变形量大，出口高度、宽度经常不能满足 7S 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 正常生产要求 ，需要大量挖底。使用超前以及端头 液压支架后，支护强度大大提高 ，巷道挖底量较原 来大大减少，节约了劳动力 ，出口支护质量得到了 保证 ，也避免因支护造成的顶板事故。 缩短 了循 环作 业 时间 ，加 快 了工作 面推 进度 由于端头支架的使用 ，出口支护方式由原来人工架 设钢梁抬棚改为端头液压支架支护，减少了出口维 护时间。原来人工移 设出 口抬棚每循环至少停机 1 0 mi n ，每次拉移转 载机需 2 0 ra i n ，现在不停机就 直接将端头支架移到位 ，并利用端头支架推移转载 机 ，大大缩短了工作面循环作业时间 ，提高了开机 率 ，采煤工作面单产也有较大幅度 的提高，为安全 高效提供了有力保障。 减 少 出 口作 业人 员，减轻 劳动 强度 ，提 高 了工 作工效使用端头支架可大大减少工作面出 口工作 量 ，每班出口工人数 由原来 的 3～ 4人作业减少为 1 人作业 ，每班可节约 2～3人 ，另外 ，减少 了出 口范围内挖底人员 ，每班约 2～3人 ，且工人劳动 强度大大降低 ，工时利用率显著提高。 改变了原来抬棚 支护时的钢梁回收工艺 ，提 高 了钢梁复用率使用该套设备后 ，将钢梁 回收位置 由原来 的采空区侧 ，改在超前支架与端头支架之间 进行。钢梁的回收率提 高了近 7 0 ％ ，复用率达到 1 0 0 ％ ，丢失率降为 0 ，大大降低 了吨煤成 本，安 全也有 了可靠保障。 6 存在 的问题及采取的措施 由于 7 1 4 2工作面平均煤厚 2 ． 6 m，巷道高度净 高只有 2 ． 4 m，为保证正常的过煤高度与卸载高度 ， 需要在端头架之前挖底 煤厚 、巷道高 时，留三 角煤 ，不挖底 。 为了保证工作面输送机头与转载机的搭接距离 合理，吐煤通畅，防止工作面输送机上窜下滑，合 理控制了工作面机头超前距 离，根据工作面倾角 、 输送机起伏等情况及 时调整，适 当上下调拨转载 机 ，转载机由于受端头支架影响上下波动的距离不 大于 1 5 0 m m，根据工作面输送机上窜下滑 的实 际 情况，及时改变工作面推溜顺序 ，必要时改变工作 面进刀位置。 7结束 语 1 7 1 4 2工作面使用端头支架，移机头及拉 移转载 机 ，平均 每 刀煤 下 出 口维护 时 间缩 短 约 2 0 mi n ，每天可节约时间 2 h以上 ，即每天可多出煤 1 刀 ，每刀产量按 4 5 0 t 计算 ，采煤工作面月产量提 高 1 2 k t ，即年提高 1 4 0 k t 。吨煤按 7 0 0元计算 ，可 创产值 9 2 0 0万元 。 2 使用端头支架可大大减少工作 面出 口工 工作量 ，减少机头作业人员 ，每班出口工人数 由原 来的 3～ 4人作业减少为 1人作业 ，每班可节约 2 ～ 3人 ，每班挖底 由原来 3～ 5人减少到 2～3人 ， 每天可减少人员 1 2人 ，人均年工资按 4 ． 5万元计 算 ，年每面可节约人工工资 5 4万元 。 3 使用超前支架 与端头 支架后 ，钢梁 回收 率提高 了 7 0 ％，工 作 面 回采 结束 ，多 回收 复用 4 3 3 2棚钢梁，按照钢材 4 0 0 0元／ t ，每棚钢梁 1 2 2 0 元计算 ，创造效益 5 2 8万元。 4 使用端头支架后 ，减少了管理出 口时 间， 加快 了工作面 的推进度 ，据 测算工作面单产提高 l 0 ％以上。工作面最高 日产 5 0 0 0 t 以上。 使用该套 装备后 ，不仅取得 了较好 的经济效 益 ，减轻工人的劳动强度 ，提高了超前与出口范围 内的支护强度 ，安全系数大大增加。综采下分层出 口与超前支护传统方式的改变 ，是一项重大的支护 技术革新 ，实现了采煤工作面减人 、提效 、安全高 效，采煤 、支护全部机械化。 [ 参考文献 ] [ 1 ]轩涛，史守忠 ，赵勋 涛 ，等 ．较薄 煤层工 作面端 头支架的 研制 与应用[ J ]．煤矿开采 ，2 O l O ，1 5 1 7 1 7 2 ． [ 2 ]梁 开东，李 明忠 ． Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型大采 高放顶煤 液压支 架的 研制 和应用[ J ]．煤矿开采 ，2 0 1 0，1 5 6 6 3 6 4 ． [ 3 ]王兴雨 ，阮学法 ，徐亚军 ，等 ．薄煤 层炮采 对拉工作 面中巷 端 头液压支架研究 [ J ] 煤矿开采 ，2 0 0 8 ，1 3 6 5 6 5 7 ． [ 责任编辑 王兴库] ， - 卜” “ ” ” ” ” 一 卜 “ ” “ ” ” ” ” ” “ “ 一 ” ” ” ” - 卜 ” - 卜” ” “ ” ” “ “ ” “ ． 卜 “ “ “ “ “ ． 卜 “ “ 一 卜 “ ” ” ” 、 全国安全生产宣传工作会议暨安全文化示范企业创建现场会在枣矿集团召开 ； ； ； } 会议的主要任务是 认真贯彻落实党中央、国务院关于安全生产的一系列决策部署，以全国 “ 两会 精神为指 { t 导，深入贯彻落实科学发展观， 牢固树立安全发展理念， 总结工作，交流经验，分析形势任务， 安排部署安全宣传和 t i 安全文化建设工 作， 继续深化 “ 安全生产年 活 动， 为 “ 十二五”时期全国安全生 产工作开 好局、 起好步提供有力 i ；的思想保证、精神动力和舆论支持。会上命名了一批全国安全文化建设示范企业。 ； t 摘 自中国煤炭新闻网h t t p ／ ／ w w w ．c w e s t c ．c o m ／ n e w s h t m l ／ 2 0 1 1 4 9 ／ 1 9 4 6 8 8 ．s h t m l t “ 。 _“ 。 卜 “ _ 卜一 ” 。 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