超前液压支架的研制及现场应用报告.doc

超前液压支架的研制及现场 应用报告 上海大屯能源股份有限公司生产管理部 二００八年十二月三十日 一、工作面两道超前支护现状概述 随着综采面机械化程度和单产的快速提高，通风、运输和开采工艺对两道断面尺寸要求越来越大，传统的工作面超前支护方式从支护能力、支护高度、支护速度、自动化程度、可操作性、安全性等方面都不能适应安全高效综采工作面对超前支护的要求，两道超前支护已经成为制约工作面高产高效的瓶颈。 国内传统的工作面两道超前支护方式是人工使用单体液压支柱配合铰接顶梁支护顶板。这种人工方式支护强度低，支护面积小，劳动强度大，回柱危险性大，支护工艺技术落后，用人多，不利于安全生产，更不能满足当今的高产高效矿井的要求。 为此，研究综采工作面两道超前液压支架支护技术就迫在眉睫。两道超前液压支架是一种新型的自移支架，有效地解决了工作面两道长期存在的支护强度低、工序繁琐、劳动强度高等问题，实现工作面两道顶板管理的本质安全。大屯矿区在2007年底开始研究超前液压支架，并取得了成功。 二、支架技术规格及简要说明 ZT23200/18/35超前支护液压支架是为适应大屯矿区特殊的地质条件和工作面设备布置的需要而研制和开发的。针对不同工况和使用高度，对支架主要部件受力情况（运动学参数）进行了科学的计算、模拟和优化设计，逐步完善了支架的结构型式和零部件。 ZT23200/18/35型超前液压支架的型式为铰接式，顶梁和底座均采用分段铰接式，使其更好地适应巷道顶底板起伏变化以及运输和安装。支架前、后设计紧凑，中间设正四连杆机构，支架两根立柱合理布置，不但具有足够的支护强度和较好的受力点，而且能保证设备布置和行人所需的空间。与破碎机配套的一组支架为整体式，不设置四连杆机构，保证破碎机驱动部分的安装空间。设计支架的行程为1.2米，即工作面每割两刀移一次超前支架，操作方式为邻架操作，支架的初撑力为10MPa，保证对顶板的有效支护。 支架满足最大不可拆卸件尺寸为4.41.52.3m（破碎机上方两根特殊顶梁6310mm除外）；支架底座箱体宽度为450mm，底封板宽度550mm，在适当位置加支撑筋；前三组支架的底座设横向连接千斤顶，可适当调整支架的中心距；支架均预留操纵阀安装位置。 支架的主要技术参数和结构示意图分别见表1和图1。 主要技术参数 表1 支架的结构示意图 图1 三、工作面开采条件及工艺设备配置 7519工作面为综采放顶煤工作面，是目前姚桥矿最长、最宽的工作面。该工作面地面标高31.71～35.1米，工作面标高为-441米～-634米，走向长度1838～1853米，倾向长度为211米，煤层厚度为2.20～7.30米，平均为5.6米。倾角 1～15度，平均为9度，工作面工业储量341.3万吨，回采煤量为258.7万吨。工作面直接顶为砂质泥岩，厚3.77～15.11米，平均为7.48米；老顶为细砂岩，厚4.09～23.26米，平均为12. 53米；直接底为泥岩，厚0.20～11米，平均为3.40米；工作面煤层结构简单，含少量夹矸，厚度0.20～0.6米。 工作面两道在设计停采线往里585米处拐向约6度。回采过程中工作面要过东三探巷和7517放水巷，其中7517放水巷走向延伸横穿整个工作面。工作面内揭露f153∠40H14.0m、f456∠70H7.0m、f149∠45H6.0m等三条落差大于5.0米的断层，其中溜子道f153断层破矸约70米，对回采影响较大。 工作面设备配套情况见表2。 工作面设备配套一览表 表2 设备名称 型号 数量 采煤机 MG300/700－3.3D 1 工作面前、后部溜子 SGZ764/630 2 工作面支架 ZF5200/16/28 136 端头支架（两台） ZFT26000/22/32 1 过渡支架 ZFG5600/22/30H 5 超前液压支架 ZT3200/18/35型 22 转载机 SZZ－764／160 1 破碎机 PCM-110 1 皮带机 DSJ100/80/2*315 2 乳化液泵站 LRB-400/315 3 四、支架应用情况分析 2007年底ZT3200/18/35型超前液压支架在姚桥煤矿7519综放工作面两道安装试用。其中，材料道安装两排，共六组12台，超前支架的最小支护距离为34.2米（支架顶梁千斤顶全部收回），最大支护距离为40.2米（顶梁千斤顶全部打出）；材料道上帮一排超前支架延伸至老塘切顶线位置。溜子道安装两排，共五组10台，超前支架的最小支护距离为30.6米，最大支护距离为35.6米。超前支架于2007年11月15日安装调试结束，截止目前，工作面已累计推进1200米，全工作面共计回采煤量103.5万吨。 在工作面的推进过程中发现，该超前液压支架成功的解决了过去两道超前支护所存在的问题，确保了工作面的安全回采。 1、两道超前支护强度加大，提高了安全可靠稳定性。 7519综放工作面机巷在掘进期间曾经在约1000米处发生冒顶，冒落高度超过7米，回采期间该区域的巷道超前支护特别困难。如果采用以往的回采经验，冒顶区域的超前支护要支设3～4排单体液压支柱配铰接顶梁，同时要用木料背顶板，这样在回撤老塘侧的单体支柱时势必存在用工多，安全作业难度大，回撤速度慢的问题。 通过使用ZT3200/18/35型超前液压支架，实现了两道超前支护作业的自动化，克服了传统的支护方式上的缺陷，大大提高了超前支护强度和作业速度，有效的控制了巷道顶板下沉量，出口高度明显增加；增大了巷道的作业空间，提高了巷道的支护质量，保证了回采期间的生产安全；大大减少了人为因素造成的顶板事故，实现了本质安全。 2、缩短了循环作业时间，加快了工作面推进度。 采用传统的巷道超前支护方式，工作面割煤时，人员不能在上支矸窝回撤切顶单体液压支柱。为保证作业人员的安全必须要停止割煤，使用回柱绞车才能将单体回撤，同时要补打切顶支护，作业程序繁杂，每个循环至少需停机10～15分钟，才能完成替柱、回料、放顶和支护的整个工序。 采用超前液压支架支护上出口后，工作面不需要停机，出口工直接操作超前液压支架的操作阀移动支架，完成回柱，放顶和支护工序。采用自移支架后，职工的劳动强度降低，操作速度加快，大大缩短了工作面循环作业时间，提高了开机率，加快了工作面推进速度，提高了工作面单产，为实现安全高效采煤工作面奠定了基础。 3、减少了人员投入，减轻了工人的劳动强度，提高了工效。 传统的超前支护作业，一般需要3～4人。在顶板压力大的区域，至少要支设4排超前，且要采取一梁两柱的方式来保证支护质量和支护强度。工作面每推进一刀，支护工至少要回撤8颗单体支柱，每颗单体均要人工运到40米外的超前支护的前端重新支设。职工的劳动强度大，有效地保证安全生产有难度。 使用ZT3200/18/35型液压超前支架后，每班两道超前支护作业人数可由原来的4人作业减少为1～2人作业，每班可节约2～3人，且工人劳动强度大大降低，工时利用率显著提高。 4、实现了端头放煤，减少了资源损失，降低了“一通三防”管理难度。 传统的超前支护因为支护强度低，工作面上下出口3台支架都要铺网（不放煤），以改善工作面出口处的顶板完整性，防止顶煤抽空巷道漏顶。采用ZT3200/18/35型液压超前支架后，加大了上下出口的支护强度，工作面上下出口3台支架不需要再铺网，能正常放煤，这样就减少了上下出口顶煤的损失，提高了工作面资源回收率，减少了老塘的余煤量，促进了老塘顶板的充分冒落，降低了工作面 “一通三防”的管理难度，提高了工作面安全生产的可靠性。 四、取得的经济效益和社会效益 超前液压支架在姚桥矿7519工作面的成功应用，证明了该液压支架操作灵活、方便、实用、安全、可靠，达到设计技术要求。 1、经济效益分析 （1）使用ZT3200/18/35型超前液压支架后，大大减少了工作面两道超前支护的工作量，每班超前维护工由原来的4人作业减少为1～2人作业，每班可节约2～3人。按每天可减少人员10人，人均年平均工资3万元计算，每年每面可节约人工工资30万元。 （2）传统的超前支护，每个循环上端头窜棚、支护、回料和放顶等工序，至少需停机10～15分钟，每个小班就占用约1时间的时间，一天三个班影响时间将超过两小时。采用超前液压支架后，每天至少可以多出煤2刀。按一刀煤600吨计算，吨煤产值按450元计算，每天就可以多创造经济效益54万元。这样每年可多创直接经济效益16200万元。 （3）工作面支架放煤量控制合理，过渡支架放煤效果好，提高了资源回收率，每年可多回收煤炭资源4万吨，创利税400万元。 2、社会效益分析 该超前液压支架结构设计合理，支护强度大，操作灵活、方便，易于行人和通风管理，接顶和稳定性能好，能够及时支护两道顶板，对工作面起伏变化适应性强。使用该支架后，加大了巷道的支护强度，提高了顶板的稳定性和系统的安全可靠性，缩短了循环时间，加快工作面推进度；减少了工作面作业人员，减轻了职工的劳动强度，提高了工效，工作面单产和回收率高；实现了两道超前支护的机械化作业，确保了老塘顶板的充分冒落，有利于“一通三防”管理工作的开展，提高了安全生产的可靠性。 该支架的成功研制，是大屯矿区综采工作面两道超前支护的一项重大改革，对改善矿井顶板支护条件，降低原煤生产成本，实现今后采煤工作面减人、提效及提高工作面自动化程度，提高矿井整体经济和社会效益重大意义，市场前景广阔。 9