中小型煤礦采煤支護裝備更新換代研究

侯英樹

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714119

摘要：中國平煤神馬集團許平煤業公司管轄的整合礦井，從地質條件出發，結合礦井現狀和企業的資金情況，設計試用輕型拉桿垛式支架，具備機采和炮采兩種落煤方式，能保證支護、保證有效的通風斷面、減輕井下勞動作業人數、減輕勞動強度、提高功效，充分解決許平煤業公司整合煤礦安全問題。

關鍵詞：中小煤礦；支護裝備；更新換代；研究

河南省許平煤業有限公司（簡稱許平煤業公司）是中國平煤神馬集團煤炭生產專業化管理公司，對所屬主體單位及整合煤礦進行業務管理，近年來整合煤礦在采煤支護裝備上還很落后，這就急需一套適合整合煤礦的新型裝備，以保障整合煤礦的安全高效生產。

1 整合煤礦存在的問題及改造要求

1.1 生產系統及工藝存在問題

許平煤業公司管轄的整合礦井，存在以下共性問題：

（1）在建礦初期，缺乏資金投入，在技術改造上沒有達到規范，現有井口及巷道斷面小，提升能力低，生產裝備水平低，全面改造費用高。

（2）許多完整井田被人為分割破壞，資源儲量小，單井生產能力弱，綜合開采程度低，資源浪費嚴重。

（3）目前上述類型的礦井井下采煤仍然采用單體支柱、滑移支架或整體頂梁組合支架作為支護頂板的炮采。

根據國家、省政府提升煤礦裝備水平規定的要求，以及集團公司取消單體柱炮采的要求，如果在整合煤礦一刀切地實現綜合機械化開采，由于礦井井田面積小，煤層賦存不穩定造成走向長度或工作面短，井下搬家頻繁，大型機械化很難實現，另一方面由于井口及現有巷道斷面尺寸小，體積大的設備不利于在這些礦井使用。因此，從許平煤業公司的地質條件出發，結合礦井現狀和企業的資金情況，選擇能保證支護、保證有效的通風斷面、減輕井下勞動作業人數、減輕勞動強度、提高功效的成套設備，充分解決許平煤業公司整合煤礦安全問題非常有必要，是勢在必行。

1.2 使用設備存在的問題

1.2.1 單體支柱

采用單體支柱，工藝落后、安全隱患大，易發生摧垮型、漏冒型冒頂事故。集團公司已下發文件，淘汰單體住支護采煤工藝。

1.2.2 整體頂梁組合支架

公司有部分整合煤礦使用這種支架，由于整體頂梁組合支架是一個平行四邊形支撐力學機構，支架易出現梁端前傾、前柱鉆底、支架卡別和老塘竄矸等現象，繼而會出現機道片幫、漏頂問題，不能為采煤機、刮板機提供移動支撐點。

針對上述存在的問題，對整合煤礦進行現場考察，研究解決問題的方法，對新支架及工藝提出以下要求：

主導思想：地質構造復雜區域，設計試用輕型拉桿垛式支架，根據情況，具備機采和炮采兩種落煤方式。炮采時，能做到裝煤、移溜、放煤機械化，提高工效1.52倍。

（1）前期炮采后期機采，支架機炮兩用。

（2）解決現有組合支架扎底，仰采、俯采、大傾角、三軟等特殊地質條件下不穩定、易倒架現象，提高安全性。

（3）解決中小型礦井煤層變化大、工作面短的開采工藝技術，提高煤礦整體資源回收率，解決資源浪費問題。

（4）解決由于過去采煤方法落后遺留在井下殘存煤柱的回收，提高資源利用率問題。

（5）解決懸移支架開采鋪網、鋪荊芭輔助材料用量大、成本高的問題。

（6）解決快速移架，加快推進速度，提高生產效率問題。

（7）解決炮采快速裝煤，減輕工人勞動強度問題。

（8）解決刮板輸送機快速移動，減輕工人勞動強度問題。

（9）解決本地區現有組合支架升級問題。

實現的經濟和管理目標：

（1）工作面推進速度提高50%以上。

（2）工作面產量提高50%以上。

（3）工作面直接參與勞動人數：現有人員降低20%左右，實現減員增效。

（4）工作面輔助材料：鋪網、鋪荊芭輔助材料降低50%左右。

2 開采工藝技術方案與液壓支架選型

2.1 選型原則

影響液壓支架選型的主要因素有頂板（直接頂、老頂）和底板巖性，煤層可采厚度，煤層傾角，煤層瓦斯含量等。支架選型遵循4個原則：

（1）支護強度與工作面礦壓相適應。

（2）支架架型結構與煤層賦存條件相適應。

（3）與底板的比壓與底板的抗壓強度相適應。

（4）支架通風斷面與工作面通風要求相適應。

2.2 不建議使用架型

對于軟底和不宜冒落切頂的地質條件，特別是四連桿支架要慎用。四連桿掩護梁過長，支架過長，合力作用點靠前。兩柱掩護式支架底座前端比壓大，支架扎底，不適合軟底板，掩護梁托矸，切頂能力弱，頂板不及時充填，切頂線前移，壓力大，支架成高射炮。

2.3 工作面設計

2.3.1 工作面回采方向及超前關系

工作面布置在采區內采用前進式，回采工作面采用后退式開采。

2.3.2 工作面長度

工作面的產量和效率是隨著工作面長度的增加而提高，加大工作面長度不僅減少了準備和回采的工程量，而且也相對減少了端頭、進刀等輔助作業時間，保證工作面高產高效，為保證通風和行人安全需要，工作面長度不宜過大。工作面的長度選取除了考慮通風、行人外，還要考慮煤層的發火和水及底板狀況，對于發火期較短的煤層和底板較軟、水大的煤層，為便于管理，工作面不宜過長，一般選取在100米為較好，便于管理。

推進長度的提高，減少了搬家倒面次數，為工作面連續穩定高產創造了條件。合理確定工作面推進長度。

2.4 選用垛式拉桿支撐式支架

液壓拉桿垛式系列“機炮”兩用拉桿垛式液壓支架，它是介于綜采液壓支架和托梁式整體頂梁支架之間的一種煤礦井下支護，設備的主要作用是維護采煤工作面頂板，并隔離采空區，為采煤機和輸送機的操縱人員提供安全的工作空間，并能推動工作面輸送機向煤壁方向移動，同時還可以以輸送機為支點，實現液壓支架的自移，從而實現綜合機械化采煤，支架優點如下：

（1）拉桿垛式液壓支架是在總結現有整體頂梁組合支架和掩護式液壓支架經驗基礎上發明的，克服了現有組合支架頭重腳輕不穩定的不足，可以機采也可以炮采，滿足國家機械化開采要求。

（2）支架結構簡單，投資少，適應多種地質條件，使用過程中它具有整體頂梁支架小巧的靈活方便性，又具有綜采支架推溜移架自身的穩定性的可靠性特點，可以實現機械化采煤。

（3）“兩薄”設計，即頂梁前端薄和底座前端薄，確保人行通道的暢通。

（4）“雙通道”設計，既保留現有兩柱四連桿支柱前段行人特點，同時吸取垛式支架支撐的特點，通風斷面大，更有利于高瓦斯煤層開采和高瓦斯解放層開采使用。（前柱前可行人，當煤層突出，兩柱之間可行人）。

（5）“雙小”設計，保留組合支架架型小，安裝搬家運輸方便的特點，實現小支柱高支護強度的特點。

（6）“雙工藝”設計，支架既可以炮采也可以機械化開采。

（7）采用垛式結構，沒有掩護梁切頂效果好，頂板冒落對支架影響小，更適應大傾角開采。

（8）采用普通正裝千斤頂、短推桿的推移機構。

（9）支架采用拉桿機構，解決了支架低頭問題，結構簡單安全可靠。

（10）底座采用封底結構，滿足三軟條件。

（11）放炮后，刮板機在推移油缸作用下裝煤，工人勞動強度低，效率高，在同等條件下生產效率是現有組合支架的35倍，產量提高25倍。

3 架型比較

（1）根據我國現有薄煤層機械化開采技術，采用全部電牽引自動化開采投入較大，采用普通機械化開采，特別是煤層傾角較大的條件下，工作面采煤機設備的安裝、拆除、回撤及日常割煤的操作與維護受空間的影響，往復式跟機作業困難，對管理技術要求較高，中小型礦井建議采用炮采更便于管理。

（2）組合支架由于受托梁的影響行人空間過低，建議采用垛式拉桿支撐支架。

（3）組合支架是采用四根支柱支撐在頂梁上不穩定，不能抗頂板來壓產生的水平力，不能有效的控制頂板，支架不穩定易造成井下冒頂事故，對頂板適應性差，特別是傾斜工作面容易倒架，垛式拉桿支撐支架克服了其不足。

（4）組合支架是采用炮采人工鐵鍬裝煤，工人勞動強度高，垛式拉桿支撐支架采用推溜液壓裝煤技術，放炮后采用支架推移刮板輸送機裝煤，工人勞動強度低，裝煤效率高等優點，這是組合支架不具備的。

（5）組合支架是采用全工作面整體移動，移架速度慢不能及時支護，拉桿垛式支撐支架采用單架獨立控制系統，其操作和綜采支架一樣整體拉架，移架速度快、穩定、效率高。

（6）組合支架由于受托梁的影響，上下行程小，對頂板適應性差。

（7）組合支架由于托梁的限制，在實際使用過程中是等勁，主動控制頂板能力差。

（8）組合支架采用支柱直接與底板接觸，支架容易扎底，主動控制頂板能力更差，由于頭重腳輕引發咬架倒架。

（9）兩柱掩護式支架重量大，前端比壓大，不適合軟底。

（10）兩柱掩護式支架切頂能力弱，不利于后部充填冒落，同時有效通風斷面小。

4 結論

垛式拉桿支撐支架是介于綜采液壓支架和托梁式整體頂梁支架之間的一種煤礦井下支護。

（1）支架成功的解決了現有組合支架頭重腳輕、不適應三軟煤層、傾角大煤層、倒架咬架不足，適應多種地質條件。

（2）支架在使用過程采用推溜液壓裝煤技術，裝煤效率高，工人勞動強度低。

（3）支架具有整體頂梁支架部件小巧靈活方便性，又具有綜采支架推溜移架自身的穩定性、可靠性，支架可以機采也可以炮采，結構簡單，投資少，維護費用低。

參考文獻：

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