淺埋深工作面自移式巷道超前支護(hù)技術(shù)研究

張嚴(yán)敬 石 虎 劉祥彬

（山東能源重裝集團(tuán)魯南裝備制造有限公司，山東 棗莊 277521）

1 概述

魯南裝備公司承攬了陜西紅柳林煤礦超前支架加工制造任務(wù)，針對(duì)淺埋深、薄基巖頂板、厚沖積巖覆蓋及煤層致密堅(jiān)硬的地質(zhì)條件，按紅柳林煤礦24201工作面設(shè)備配套要求設(shè)計(jì)巷道超前支架組，研發(fā)適應(yīng)巷道錨索支護(hù)、不平整等情況自移式巷道超前支架，與同類型支架相比，具有適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、支護(hù)能力大、操作方便、移架速度快等特點(diǎn)。

2 基本設(shè)計(jì)方法及原則

（1）應(yīng)用“液壓支架參數(shù)優(yōu)化程序”進(jìn)行支架結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)。

（2）應(yīng)用“液壓支架參數(shù)化、可視化、動(dòng)態(tài)受力分析程序”對(duì)支架進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)受力分析。

（3）主要結(jié)構(gòu)件、主要連接件計(jì)算機(jī)綜合強(qiáng)度校核。

（4）針對(duì)煤層賦存條件，保證性能上可靠，結(jié)構(gòu)上合理，使用方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性效益好，并兼顧技術(shù)上先進(jìn)性。

3 超前支架主要參數(shù)確定

（1）高度確定。由于超前支架體積比較大，運(yùn)輸時(shí)要解體，因此，對(duì)超前支架最低高度要求不嚴(yán)格，僅考慮實(shí)際使用高度，即滿足控頂、通風(fēng)、運(yùn)輸、行人及與工作面支架及其巷道的高度等配套關(guān)系。所以調(diào)高幅度可以在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化。

（2）寬度確定。主要指頂梁寬度，頂梁寬度應(yīng)能適應(yīng)回采巷道上寬的需要，在巷道內(nèi)留有適當(dāng)間隙（一般應(yīng)為200mm左右）的前提下，盡量增大其支護(hù)面積。在設(shè)計(jì)時(shí)，為適應(yīng)回采巷道寬度的變化，保證端頭支架順利前移，頂梁一般設(shè)計(jì)成前窄后寬的楔形。

（3）支護(hù)強(qiáng)度確定。液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度主要取決于工作面頂板條件、煤層埋藏深度和采高等因素，由于該工作面頂板條件較好、埋藏較淺，考慮支護(hù)強(qiáng)度系數(shù)，確定需要的支護(hù)強(qiáng)度較大。

（4） 工作阻力計(jì)算。超前支護(hù)基本是在順槽內(nèi)，支架的支護(hù)強(qiáng)度確定后，可以不考慮空頂距（Lk=0），計(jì)算超前支架組的工作阻力。

4 支架穩(wěn)定性

支架穩(wěn)定機(jī)構(gòu)主要作用是保證支架組的縱向和橫向穩(wěn)定性；承受和傳遞外載；保持支架的整體剛度、確保支架穩(wěn)定的措施。

（1）減小四連桿機(jī)構(gòu)銷孔間隙，可以有效減小頂梁的偏擺量，提高支架的穩(wěn)定性。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)間隙為1.5mm時(shí)，采高4.5m時(shí)的頂梁最大偏擺量可達(dá)到104mm，當(dāng)間隙設(shè)計(jì)為0.85mm時(shí)，最大偏擺量可降到55mm。減小銷孔間隙增加了加工的難度，但根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的加工水平，完全能夠?qū)崿F(xiàn)。為了減小四連桿機(jī)構(gòu)的銷孔間隙，孔尺寸設(shè)計(jì)為Φ118H11（0.22，0），軸設(shè)計(jì)為Φ117.5H10（0，-0.14），以保證四連桿機(jī)構(gòu)的銷孔間隙在0.5～0.86mm之間變化。

（2）控制鉸接處的橫向配合間隙，也可以有效減小頂梁的偏擺量，提高支架的穩(wěn)定性。為了保證四連桿機(jī)構(gòu)連接處的橫向間隙不超過(guò)8mm，在名義間隙設(shè)計(jì)為8mm的前提下，檔寬公差設(shè)計(jì)為（0，-1），耳座寬度公差設(shè)計(jì)為（1，0），以保證四連桿機(jī)構(gòu)連接處的橫向間隙在6～8mm范圍內(nèi)變化。

（3）提高結(jié)構(gòu)件的剛度，主要結(jié)構(gòu)采用Q550、Q690低合金高強(qiáng)度板。

（4）增大調(diào)架能力，有利于提高支架的穩(wěn)定性，兩架之間通過(guò)調(diào)架千斤頂連接，千斤頂缸徑選擇Φ125，移架時(shí)可通過(guò)控制系統(tǒng)使調(diào)架千斤頂同時(shí)供液，以保證支架移架時(shí)的穩(wěn)定性。

5 超前支架對(duì)巷道的適應(yīng)能力

對(duì)于兩架一組的中置式超前支架，整架均放置在巷道內(nèi)，架體應(yīng)有適應(yīng)巷道尺寸變化的能力，才能充分發(fā)揮超前支架的作用。由于超前支架縱向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在拉架過(guò)程中易歪斜造成移架困難，為此，頂梁應(yīng)設(shè)置數(shù)組調(diào)架裝置，包括連接頭、調(diào)架千斤頂?shù)取?/p>

紅柳林煤礦24201工作面埋深淺，位于陜北侏羅紀(jì)煤田東部，且軌道順槽為沿空順槽，綜合因素使工作面巷道頂板壓力加大，超前支架工作阻力的增大必然增加支架重量，必須加大推移千斤頂缸徑，選用缸徑為Φ230mm的推移千斤頂，并且在推移千斤頂一端連接十字連接頭，增強(qiáng)超前支架對(duì)嚴(yán)重變形巷道的適應(yīng)性。

6 超前支架主要技術(shù)參數(shù)

超前支架主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 超前支架主要技術(shù)參數(shù)表

7 超前支架主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

ZTC20580/22/45型超前支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

（1）回風(fēng)順槽布置三組超前支架，每組超前支架支護(hù)長(zhǎng)度約7m，三組超前支架支護(hù)，總長(zhǎng)度約22m，適用巷道斷面為高×寬=2600mm×5200mm。

（2）為保證支架的穩(wěn)定性，支架的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為小間隙剛性四連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

（3）每組超前支架左右架頂梁通過(guò)銷軸、連接頭、連接橫梁相連接。

（4）頂梁內(nèi)側(cè)設(shè)有護(hù)頂板，靠近綜采工作面的一組超前支架頂梁安裝護(hù)幫板。

（5）每組支架左右架底座通過(guò)銷軸、連接梁連接為一體，左右底座之間寬度約3000mm。

（6）前后組超前支架底座通過(guò)推移千斤頂、連接頭相連，實(shí)現(xiàn)邁步交替自移；每次移架步距1900mm，推移步距滿足割兩刀煤移一次支架的要求。

8 結(jié)論

本項(xiàng)目適用于巷道頂板壓力大、斷面面積大、巷道變形量大的巷道超前支護(hù)，尤其適應(yīng)巷道頂板進(jìn)行過(guò)錨固的不平整巷道頂板情況。支架每個(gè)頂梁上方設(shè)有六個(gè)凸臺(tái)，使支架前移時(shí)盡量避讓開(kāi)錨桿，保護(hù)錨桿不受損壞，還可以減少超前支架對(duì)巷道頂板的反復(fù)支撐次數(shù)，有利于巷道頂板的維護(hù)，保證工作面安全生產(chǎn)。