綜采超前無反復支撐門式支架的研制與應用

白永昱

(晉能控股集團 忻州窯礦，山西 大同 037003)

塔山礦特厚煤層綜放開采過程中，在采場及超前支承壓力的作用下，兩巷超前段礦山壓力顯現劇烈，特別是臨空巷道，原設計斷面為高×寬=3.7 m×5.2 m，受壓變形后，頂底板移近量在0.3～1.2 m，兩幫移近量在0.2～0.8 m。傳統的臨空巷超前支護采用“三梁三柱”的單體柱+花梁形式，在超前50 m范圍布置3排單體柱，共計126根。但使用單體柱也存在一些問題：第一，由于單體柱的支護強度較低，在超前支承壓力的作用下，超前段頂板易發生下沉破壞；第二，反復支柱和撤柱的過程易導致頂板的破碎，易發生尾巷安全出口不暢通，甚至局部冒頂等事故；第三，支回柱過程存在眾多不安全因素，花梁跌落、液管傷人、單體柱擠人等事故影響安全生產；同時，回撤單體柱體力勞動強度大、耗工費時。由此分析，傳統的尾巷超前段支護形式亟需改進革新[1-2]。

1 超前支護門式支架研發和改進

為了改變傳統單體支柱超前支護存在的不足，研制了一種新型的臨空巷超前支護門式支架，定義型號為ZLC2×1410/26.5/41.5。該支架由1根橫梁、兩根立柱、鏈條及其配件等組成，見圖1。

圖1 超前支護門式支架示意(mm)

立柱規格為D200/D160 mm，行程為1 500 mm，采用外進液方式，工作阻力為1 410 kN。橫梁長度4 400 mm，寬度400 mm，高度400 mm，每根橫梁與兩根立柱通過銷軸連接組成，橫梁中下部的下表面布置有定位卡齒。為保證支護裝置對頂、底板的適應性，立柱底部設有圓形托盤(直徑為500 mm)，托盤與立柱底部采用球形鉸接。每個門式支架與相鄰架間用礦用圓環鏈條相互拉緊連接，防止支架傾倒。

在開采過程中，尾巷頂板易發生兩幫不均勻沉降，為提高門式支架對不同頂板條件的適應性，針對門式支架存在接頂不嚴實、支護不完整等問題，在每個支架橫梁長軸的側面加裝了4套二級伸縮油缸系統，并焊接了尺寸為550 mm×350 mm的30 mm鋼板，作為門式支架的輔助強化支撐裝置。當超前段巷道的兩幫下沉量相差較大時，將接頂不嚴實側的二級伸縮油缸升起，即可實現對頂板的完整支護。

2 超前支架的搬運

2.1 支架搬運車輛

由于超前支護門式支架單架重量為3.05 t，移架時，支架采用WC3Y(B)型防爆柴油機無軌膠輪車運輸，該膠輪車是一種新型運輸車輛，以防爆柴油機為動力，運行速度5.2～14 km/h，裝備了帶有旋轉機構的升降平臺，上表面布置有定位卡齒，能夠與門式支架橫梁下表面的定位卡齒相互咬合，保證支設及回撤運輸時的穩定性，見圖2。

圖2 門式支架現場應用

2.2 支架支設和搬運

在支設門式支架時，使用防爆膠輪車將支架橫梁托住，并收回立柱，通過該車的旋轉平臺將支架旋轉一定角度，運送至需重新支設的位置后升起立柱，當超前段巷道的兩幫下沉量相差較大時，將接頂不嚴實側的二級伸縮油缸升起，保證接頂嚴實，支架時可以使用車輛自帶的液壓系統對支架立柱進行打壓升緊，此為支設的一個完整工作循環。為保證撤架時，單跨門式支撐裝置能在升降平臺的旋轉機構上轉動到位，單跨門式支撐裝置的排距設為1 800 mm±100 mm；超前支護共使用30架單跨門式支撐裝置對巷道進行長度50 m超前支護。

2.3 支架搬運車改進

針對防爆膠輪車自帶的乳化液箱容積較小不能很好滿足支護需要的問題，從工作面尾端頭支架布設1趟高壓液管，使用從乳化液泵站提供的高壓動力，配套門式支架的快速接頭，可實現快速支撤。針對門式支架重量大的問題，在平臺升降機構四周加焊了16 mm的板材，加固了膠輪車旋轉平臺，提高了防爆膠輪車的承載力，確保使用過程中的安全穩定性能。

3 應用效果

ZLC2×1410/26.5/41.5型超前支護門式支架在塔山礦C3-5號層8222工作面應用效果較好，巷道頂底板和兩幫變形量由原來最大1 m減小至0.3 m，保證工作面出口的暢通。同時可為每個生產班節省支護工4名，每年約節資108萬元，節約單體支護材料費用成本約200萬元。該支架的應用不僅從根本上杜絕了單體柱擠人、花梁跌落傷人等事故，同時提高了超前支護的效率，省時省工，提高了安全生產工作效率。

4 結 語

通過現場應用比較，無反復支撐門式支架相比于傳統的單體液壓支柱優勢顯著，具體為：

1) 超前支護強度高，單架支架工作阻力為1 410 kN×2，超前50 m范圍內門式支架的支護強度為0.33 MPa，是單體柱支護強度的5.8倍。

2) 超前支護支設與回撤的全部工藝流程均由機械操作完成，機械化程度達100%，大大降低了支護工的勞動強度，支護速度及效率均有大幅提升。

3) 門式支架屬于無反復支撐裝置，杜絕了單體柱多次升降柱對頂板的二次破壞，增強了頂板的完整性，保證安全出口的暢通。

4) 應用門式支架從根本上杜絕了支護工支回單體柱發生的砸腳碰手、單體柱擠人、花梁跌落傷人等事故，顯著提高了超前支護的安全性。

5) 由于門式支架跨度近4 m，為工作面形成了運送物料及進出大件設備的快速通道。加上無軌膠輪車的配合，對于綜采設備大件的更換十分有利，避免了以往進出大件把單體全部回撤的麻煩，安全便捷。