大高差巷道支護機構的研究

崔貝貝

(山西晉城煤業集團 金鼎公司，山西　晉城　048006)

1　大高差巷道支護機構研究背景

井下采煤過程中經常遇到巷道高度掘進超高，而工作面回采高度正常，巷高和采高落差過大造成排頭架支護困難的問題。解決這一難題的傳統方法是采用加木垛的方式，但此方法不僅支護費時費力，而且安全性差。礦方也曾考慮另外采購幾架支護高度更高的排頭架以備大高差地質條件時替換使用，但存在以下幾方面問題：

(1) 如果排頭架高度過高，則無法完成排頭架和中間架的側護搭接，容易漏矸，同時排頭架無法進入工作面,不能與中間架順利過渡。

(2) 受運輸條件限制，如果排頭架高度過高，最低高度勢必增加，不能滿足下井運輸和安裝要求。

(3) 全部更換排頭架不但成本高，而且在巷道高度低時使用不便。

為解決井下采煤巷道部分位置高度過高，中間仍為正常采高，排頭架無法正常支護這一難題，本文對大高差巷道支護機構進行了研究。

2　大高差巷道支護機構設計思路和方案

經仔細分析研究，提出了如下設計思路和方案：

(1) 考慮到井下的運輸高度限制，以及不允許在頂梁上直接加焊結構件，且巷道大部分位置都是正常采掘高度，所以加高裝置必須具備可拆卸性，且容易拆卸。

(2) 為保證排頭架能進入工作面與中間架完成搭接，加高裝置需要具備液壓系統和活動側護板的功能，如圖1所示。

(3) 在大高差地質條件時，將原支架頂梁的雙側活動側護板去掉，將支護機構扣于頂梁之上，利用頂梁原有側護銷孔，通過8個銷軸將支護機構與支架連接，借用側護板孔對支護機構進行上下和前后方向限位。

(4) 為了方便井下拆卸支護機構，將支護機構的固定側護板內尺寸適當加大，并留出一定的間隙。考慮到安裝以后對支護機構進行左右限位，在支護機構的固定側護板側開螺紋孔，通過螺栓對其進行左右緊固，起到左右限位作用，如圖2所示。

(5) 對設計的大高差巷道支護機構進行強度校核和三維仿真，以確定支護機構的實用性和可靠性。

圖1　大高差巷道支護機構使用示意圖

圖2　大高差巷道支護機構限位示意圖

應用本支護機構后，在大高差地質條件下井下生產實際布架對比如圖3、圖4所示。

圖3　傳統方法布架形式

3　大高差巷道支護機構的創新點

本大高差巷道支護機構具有如下創新點：

(1) 充分利用支架原結構，巧妙借助側護銷孔，使得安裝簡單可靠。

(2) 利用條件分離，巧妙解決三角留煤問題。

(3) 大大減少過渡架的數量，使得支架成本大幅度降低。

(4) 可以允許排頭架與中間架最大高度差可達1.8 m，使得液壓支架可以充分適應井下各種復雜的地質條件。

圖4　采用新支護機構后布架形式

4　創造的效益及推廣應用前景

井下采煤巷道部分位置過高無法正常支護在井下屬于經常碰到的問題，通常礦方為此需要配備支護高度更高的過渡架進行支護服務。一架3.8 m以上支護高度的支架造價約45萬元，而大高差巷道支護機構的造價約12萬元，所以每替換一個支架可直接節省約33萬元。井下一個工作面至少需要3架至4架支護機構，按4架考慮，預計可節省約132萬元。此外，利用本支護機構，一定程度上還可以解決三角留煤問題，每個工作面其開采三角煤所獲經濟效益約千萬以上。

本研究項目突破了大高差地質條件下采掘難，無法支護這一難題，同時一定程度上解決了一直以來困擾礦方的三角留煤問題，可廣泛使用于巷道高度約4.2 m～5 m，中間正常回采高度3 m左右的各礦井，未來預計推廣前景良好。

參考文獻：

[1]丁紹南.液壓支架設計[M]. 北京：世界圖書出版社，1995.

[2]房虎林,曹連民.液壓支架總體設計分析[J]. 煤礦機械, 2007 (2): 8-10.

[3]楊振復，羅恩波.放頂煤開采技術與放頂煤液壓支架[J].北京：煤炭工業出版社，1995.

[4]徐灝.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.

[5]邢福康，劉玉堂.煤礦支護手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1991.