ZY6400/23/47 型掩護式液壓支架偏置改造

蘇林軍，佟 友

天地科技股份有限公司開采設計事業部 北京 100013

鐵煤集團大興礦(以下簡稱“大興礦”)2019 年產 240 萬 t，井田位于鐵法煤田的西南角，火成巖侵入及地質構造復雜，煤層破壞程度嚴重[1-2]。受火成巖影響，煤層瓦斯含量大幅增加[3-4]，滲透性能差，力學強度低，煤的含水率低，自然發火期較短，是煤與瓦斯突出礦井。在采煤過程中，防治自然發火是重中之重，綜采設備在設計初期未考慮實施滅火的操作空間，為此，筆者提出通過改造綜采設備增加實施滅火的操作空間，降低出現自然發火災害時防治的難度，保證采煤安全。

1 工作面及主要配套設備情況

大興礦 N1-708 工作面，煤類為氣煤，煤層厚度為 1.22～3.96 m，一般為 3.4 m，工作面配備 ZY6400/23/47 型液壓支架，由于受 4-2 與 7-2 煤層之間火成巖侵入體的影響，7-2 煤層局部有可能被吞蝕或是變質形成天然焦。

煤層垂直節理發育，走向近東西，煤層呈黑色，由暗亮煤組成，條帶結構。煤層結構復雜，有夾石，一般在 0.05 m 左右，巖性以泥巖、粉砂巖為主，硬度較小。自然發火期為 1～3 個月，較短，煤塵爆炸指數為 28.79%。

工作面主要配套設備為：中部支架為 Z Y 6400/23/47 型掩護式液壓支架；過渡支架為 ZYG 6400/23/47 型掩護式過渡液壓支架；刮板輸送機為 SGZ1000/2×700 型刮板輸送機；采煤機為MG650/1620-WD 型電牽引采煤機。

2 液壓支架的改造設計

2.1 液壓支架改造必要性

ZY6400/23/47 型掩護式液壓支架中心距為 1.5 m，如圖 1 所示，支架寬度為 1.43～1.60 m。正常情況下，收回支架頂梁及掩護梁側護板，架間理論最大間隙為 70 mm，向頂板及采空區鉆孔、灌漿等沒有操作空間，不能充分實施滅火措施，若工作面出現自然發火，滅火工作開展起來十分困難。井下作業人員嘗試在拉架過程中，采用支撐千斤頂將相鄰兩支架支撐開來，加大相鄰支架間隙，留出操作空間，但是實際效果很差。因為支架前端通過推桿與刮板輸送機鉸接定位，后部在向兩側動作時又有其他支架限制，當支架支撐間隙達到 100 mm 左右后就很難增加，該間隙遠遠滿足不了鉆孔、灌漿對操作空間的需求，欲通過液壓支架改造來增大支架間的間隙，進而滿足鉆孔、灌漿對操作空間的需求。

圖1 改造前支架間隙示意

2.2 液壓支架改造思路

ZY6400/23/47 型掩護式液壓支架為雙側活動側護板結構，改造后的支架采用偏置設計，將支架左側加寬 270 mm 并改為固定側護板，支架頂梁寬度達到 1.67 m，安裝活動側護板后支架寬度為 1.70～1.87 m，如圖 2 所示。在頂梁后端增加 200 mm×300 mm天窗，掩護梁前端設置 210 mm×600 mm 天窗，為使正常采煤過程中不漏貨，用鉸接形式安裝封閉窗口。

圖2 改造后支架間隙示意

改造支架頂梁并將掩護梁加寬 270 mm 后，支護強度由原來的 0.87～0.93 MPa 調整為 0.73～0.78 MPa，由于工作面每 10 架普通支架配備 1 架改造支架，即每隔 15 m 配置 1 架改造支架，雖然改造支架的支護強度有所下降，但由于改造支架在整個工作面所占的比例較小，基本能滿足大興煤礦工作面的支護需要。

2.3 液壓支架的改造

按照該方案進行結構設計并試驗改造 1 架支架，實現了預想的基本功能：預留作業空間。但是實際開合窗口操作時，存在極大的安全隱患。支架支護高度為 3.2～4.5 m，從底座蓋板到頂梁及掩護梁封閉窗口距離為 2.7～4.0 m，沒有輔助支架無法拆下一側鉸接銷軸。此操作至少需要兩人同時作業，一人開合活動窗口(活動窗口質量至少 15 kg)，一人拔開插銷。增加輔助支架后，操作人員站在窗口下方，開合過程中從天窗孔下落的煤塊等可能對操作工人造成人身傷害。基于以上原因，對結構設計進行了二次改進。

將天窗開合由手動改為液壓操作，窗口設計成伸縮滑窗模式。在側板和主肋板上設置滑道，將滑窗安裝在滑道內，并通過伸縮千斤頂推拉滑窗開合窗口。操作者僅需要在液壓支架的安全操作空間內操作換向閥手柄即可開合窗口，動作簡單，無安全隱患。該方案最大的難度在于加寬側僅 300 mm 寬，既要保留滑道動作空間，又要預留千斤頂安裝位置，另外由于加寬支架不可避免使支架偏載，還要使改造部分有足夠強度。對加寬部分進行了強度計算，將加寬部分頂板與頂梁及掩護梁原頂板搭接 100 mm，滑動天窗設計成不可拆卸結構。頂梁天窗處在立柱支護區域，受到的壓力最大，為保證強度，在立柱支撐前端封閉固定側護板箱體，增加抗扭、抗壓強度，提高抗變形能力。

2.4 焊接和安全性

為了保證改造支架結構件焊接強度，清除煤泥后，采用噴砂的方法對結構部件進行除銹、除漆處理。在固定側護板及滑道結構裝配組對時，必須保證加寬頂板與原頂板的所有搭接處都能形成連續焊縫，保證焊接強度。焊接前對焊道進行預熱，焊后保溫緩冷，消除應力。焊接過程中，須控制好焊接參數，減少變形量，保證滑道運行順暢。

頂梁及掩護梁天窗孔采用液壓操作，開合天窗時，只需要搬動換向閥手柄即可。天窗較長時間不用時，可將滑動天窗上的鎖銷插上固定。改造后的支架達到了使用操作的安全可靠。

3 配套刮板輸送機的改造

根據配套技術要求刮板輸送機中部槽長度與液壓支架的中心距保持一致。改造后的液壓支架中心距加大，應相應地加大與其配套溜槽的長度。配套刮板輸送機原中部槽為 1.5 m，將其與 0.375 m 寬的調節槽組焊連接為 1.875 m，如圖 3 所示。配套制作加長銷排，保證了整個工作面的配套和運輸。

4 設備的配置

工作面每 10 架普通支架，配置 1 架改造支架；每 10 節普通中部槽，配置 1 架加長中部槽。保證工作面每隔 15 m，有一處可通向頂板及采空區的打鉆、注水孔。

5 結語

目前，改造支架已經在大興礦 N1-708 工作面投入使用，操作簡單，安全可靠，保障了采空區埋管間距，方便了埋管時期的拉架操作，更好地保證了埋管質量和延接管路操作。通過架間埋管對采空區充填或注氮氣，有效預防內因火災，操作簡便、易行[5-6]。

圖3 改造后的刮板輸送機與液壓支架配套

應用加寬支架的采煤工作面，在支架后部對采空區實施鉆孔充填、注氮、注水等作業時[7-8]，提供了有效的作業空間和便利條件。將鉆機架設在工作面后，可以通過加寬處天窗，直接向目標區域實施鉆孔，與順槽或工作面開鑿專用硐室比較，效果更好。