采煤工作面自移式端頭支架的研究

黃全明

(四川達竹煤電集團公司,四川達州 635000)

采煤工作面自移式端頭支架的研究

黃全明

(四川達竹煤電集團公司,四川達州 635000)

四川達竹煤電(集團)有限責任公司七對礦井在采煤工作面端頭的支護,基本上均采用“四對八梁”的支護方式。在實際應用中,這種支護方式存在著以下缺點:一是移柱時均需工人手工操作,工人勞動強度大,效率低;二是“四對八梁”的頂梁一般選用礦工鋼或π字梁,材料強度較低,頂梁容易發生變形,支護強度不能完全滿足工作面端頭支護的要求。因此如能改進這一問題,井下采煤工作面的端頭支護局面將有很大改觀,并可以提高生產效率、降低工人勞動強度和提高安全生產性能等。根據以上實際問題,四川達竹煤電(集團)有限責任公司成立攻關小組,研制和開發了一種在采煤工作面能夠實現自移的端頭支護裝置并達到了對各類工作面有良好的適應能力,是一種具有良好的市場前景和廣泛的社會效益的端頭支護裝置。

采煤工作面 自移式端頭支架 研究

1 課題研究背景

圖1 “四對八梁”布置示意圖

采煤工作面上下端頭支護在我國煤礦開采過程中,基本上都采用“四對八梁”配合單體支護或鉸接頂梁配合單體支柱進行支護,在操作過程中,移梁笨重,一般需要三名職工進行協調配合完成,若遇頂板破碎,替換支柱也相當頻繁,且不利于安全管理,在使用過程中,頂梁發生彎曲變形也時常發生,修復率低,支護成本高。基于此,我公司提出一種能實現滿足端頭支護的裝置來管理頂板,實現安全生產,提高生產效率,并降低工人勞動強度。且要求此種裝置產品符合MT312-2000《液壓支架通用技術條件》和MT/T556-1996《液壓支架設計規范》要求。維護好巷道和回采工作面交叉口處的頂板,與乳化泵配套使用并由其提供動力。

目前,四川達竹煤電(集團)有限責任公司所屬七對礦井在采煤工作面上下端頭的支護,均采用“四對八梁”的支護方式。“四對八梁”的支護原理如圖1。

如圖1,在使用采煤機采煤的工作面上下端頭,由于采煤工藝的原因,不管是在機頭和機尾處,即工作面的上下端頭,一般情況下均需開設略大于采煤機機身長度的缺口。而在工作面的端頭,各種設備比較集中,不能使用液壓支架支護頂板,因此均采用“四對八梁”的支護方式進行頂板支護。

2 自移式端頭支護裝置主要功能及參數確定

圖2

該種支護裝置在我公司斌郎煤礦N1015工作面進行工業性試驗,該工作面地質條件簡單,傾角較小(7～28°),煤層較為穩定,煤層厚度為0.8～2.0m,固采用綜合機械化采煤工藝。為提高資源回收率,該工作面采用無煤柱開采,機巷(回風巷)進行沿空護巷,留作其下部N1017工作面風巷。工作面采用液壓支架控頂,全部垮落法處理采空區,液壓支架隨回采沿工作面走向不斷推進控制回采段頂板,其最大控頂距為4.39m,最小控頂距為3.79m,放頂步距為0.6m;上、下端頭采用單體液壓支柱配HDJA-1200型、HDJA-600型金屬絞梁按“五、六控頂”的方式控制頂板,全部垮落法處理采空區,其最大控頂距為5.64m,最小控頂距為5.04m,放頂步距為0.6m。端頭支護裝置的支護強度滿足要求,并進行核算,使用配套乳化泵站供液,其額定壓力:31.5Mpa。

根據該工作面的采煤工藝及地質條件確定研究的自移式端頭支護裝置主要功能及參數如下:

(1)主要功能。

1)保證工作面端頭主要支護工作機械化,降低礦工勞動強度,提高工作面的推進速度。

2)端頭支護裝置應具有較高的支護強度,維護好巷道和回采工作面交叉口處的頂板,能有效地控制端頭巷道的變形和實現對端頭的安全支護。

3)協調該處排頭支架、工作面輸送機、順槽轉載機等設備之間的位置和配套關系,使端頭處有充分的工作空間和設備安放空間。

4)在端頭巷道的長度方向上,實施端頭全長支護,而在巷道的寬度方向上實施局部強有力支護,端頭支護裝置前端要伸入開缺口,起一定超前支護的作用,以增加對各類工作面端頭的適應性。

5)為保證端頭支護裝置的支護強度要求,支架移動時只能局部卸載,以便對端頭頂板有可靠的支護,使端頭頂板不致因反復移架支撐而造成影響。

6)端頭支護裝置能適應工作面角度和不平的能力,且能適應左右工作面,換向方便。

(2)參數確定及設備布置圖。自移式端頭支護裝置的技術參數如下:最大高度:2000mm、最小高度:1310mm,立柱伸縮量:690mm,每架立柱數(四根立柱支撐一根頂梁組合):8根,立柱缸徑:Φ100 mm,初撐力(泵站壓力31.5MPa):1980KN,工作阻力(工作狀態):2386KN,工作阻力(移架狀態):1193KN,支護強度(工作狀態):597KN/m2支護強度(移架狀態):298KN/m2頂梁支架前移步距:600-700mm移架千斤頂缸徑:Φ80mm,移架千斤頂推力:158KN移架千斤頂拉力:108KN主梁滑移速度:0.83m/s,副梁滑移速度:1.21m/s。設備布置圖見圖2:

圖3 自移式端頭支護裝置剖面布置圖

自移式端頭支架的頂板由主梁和副梁構成,其作用和結構基本一致,為滿足支護強度要求,主、副梁均采用箱型梁結構。主梁和副梁之間采用滑銷和托架進行組合并實現快速連接。頂板的支護長度為5000mm,支護寬度為650mm,每根頂梁寬度為250mm。支護裝置的支撐高度為1310-2000mm。主、副梁之間可以實現在長度方向的自由滑動。但在寬度方向,由于托架和滑銷的鎖定作用,主、副梁之間不能發生相對位移。通過對滑銷和立柱安裝方式的特殊設計,該裝置可以適應頂板不平和存在一定傾角的能力。

從結構圖中,可以看出頂梁前端頭距第一根立柱的距離較遠,有1600mm,因此前端能夠伸入端頭的開缺口,起超前支護的作用。

自移式端頭支護裝置的移動方式是主、副頂梁交替跳步式移動,既主梁前移后,副梁再跟著移動直至主、副梁位置一致,再次移動時仍先移動主梁,后移動副梁。

由于自移式端頭支架無整體底座,而且支架的寬度小,結構緊湊,因而具有對各類巷道良好的適應能力。

(3)自移式端頭支護裝置的工業性試驗。在研究小組確定好總體方案后,四川達竹機械制造有限公司根據該方案對自移式端頭支護裝置的各零部件進行了設計,并根據其結構、材料特點制定了相應的生產工藝和質量驗收標準,于2012年4月份完成了兩組支護裝置的加工制作。在邀請有關單位和人員對支護裝置進行質量驗收的同時,在四川達竹機械制造有限公司車間內也進行了各項操作試驗。2012年8月,在我公司斌郎煤礦試驗成功,杜絕了輕傷及以上事故的發生。附自移式端頭支護剖面圖:見圖3。

3 效益

(1)經濟效益:采用自移式端頭支護裝置與采用“四對八梁”支護端頭相比,同一工作面年生產能力提高了1.50倍,生產效率提高了1.65倍,噸煤成本下降了8.66元,年創經濟效益7850余萬元。

(2)社會效益。有效降低作業人員勞動強度,改善作業環境,提高工作面安全保障能力,降低煤礦事故發生幾率,改善煤礦生產粗獷形象,提高煤礦生產的機械化、自動化水平,具有極大的社會效益。

[1]王志勤.《輕型端頭自移支架的設計及應用》.

黃全明,男,出生于1967年2月,大學學歷,機電工程師,現任四川省煤炭產業集團達竹公司機運部長部。