放頂煤工作面上端頭支護輔助設備的設計與應用

王翔

(峰峰集團 河北天擇重型機械有限公司， 河北 邯鄲 056200)

0 引言

根據峰峰集團大社礦和新屯礦的工況條件，采用摸頂掘進巷道，工作面上端頭支護作業時需要4人配合抬運打設點柱，勞動強度大，不易操作，作業期間易發生頂板流煤、流砟、冒頂等事故，危險系數較高。根據摸頂掘進、摸底回采工作面特點，為保證工作面正常出煤，在上述端頭支護方式下，刮板機機尾處有8個支架不能摸底，工作面每推進1 m底煤丟失至少46 t。而傳統解決方式在運料巷、溜子道進行人工臥底回收部分巷道底煤，臥底后采用單體液壓支柱加設木垛對高5 m左右的巷道頂板進行支護，效率低，成本高，安全系數低。

為解決該問題，研究了煤礦綜放工作面開采條件的特點，有針對性地進行了放頂煤工作面上端頭支護輔助設備的設計。在峰峰集團大社礦92606綜放工作面、新屯礦14248綜放工作面進行了工業性試驗，取得良好效果。該設備在運料巷上端頭處過渡液壓支架上安裝支護輔助設備，通過過渡支架升柱接頂支護頂板，實現了機械化支護端頭巷道頂板。將前部刮板輸送機延長，運輸巷臥底出煤，消除機尾三角煤，省去了上切頂排人工放頂環節，降低了頂板維護難度，有效控制頂板下沉量，消除了端頭維護作業期間的安全隱患，避免了順槽段的冒頂事故，工作面安全系數得到提升，從而滿足高產高效的要求。

1 上端頭支護輔助設備設計特點及關鍵技術

1.1 使用條件

峰峰集團大社礦92606工作面，配套上端頭支架為ZFG5400/18/29型液壓支架，使用配套輔助設備，支護高度增加1.6 m，92606工作面平均煤厚為5.5 m，運料巷高度為3.2 m，底煤厚度為2.3 m，巷道寬度為4.5 m，采用錨網索支護，摸頂掘進、摸底回采。

峰峰集團新屯礦14248綜放工作面及支架配套的平均煤厚為5.5 m，工作面長為50 m，推進長度為334 m。配套上端頭支架為ZFB3200/16/24型，使用配套輔助設備，支護高度增加1.5 m，采用錨網索支護，摸頂掘進、摸底回采。

1.2 設計特點

頂梁為剛性整體結構，采用高強板焊接，支護強度高。頂梁前端頂板水平，后部頂板下斜61°，如圖1所示，可有效緩沖過渡支架尾梁的沖擊力。

該設備采用硬鏈接，抗扭能力強，不可自主升降，實際使用時，可根據情況適當升降過渡支架，以達到接頂效果，如圖2所示。

頂梁兩側加固定側護板，可以在一定程度上防止煤壁涌煤。同時增加工藝孔,如圖1所示，便于瓦斯疏散和吊裝。

設備底座在過渡支架頂梁上安裝，底板與支架頂梁零間隙配合，安裝后三面(前端和兩側)包裹頂梁,如圖2所示，拆卸時可直接拉出，拆裝便捷。底座兩側護板下探超過過渡支架頂梁側護板，且在兩側板下部增加工藝孔，便于底座與過渡支架固定運輸。

圖2 放頂煤工作面上端頭支護輔助設備示意圖

1.3 主要技術特征(以大社礦為例)

1) 型式： 放頂煤工作面上端頭支護輔助設備。

2) 底座規格： 4 395 mm(長)×1 490 mm(寬)×1 310 mm(高)。

3) 底座質量： 4 000 kg。

4) 頂梁規格： 4 020 mm(長)×1 440 mm(寬)×1 340 mm(高)。

5) 頂梁質量： 6 200 kg。

1.4 技術及創新

1) 根據冀中能源峰峰集團大社煤礦、新屯煤礦的煤層特點和工況條件，在工作面與運輸巷的交匯處，采用過渡支架+支護輔助設備的支護方式，使原有支架最大支撐高度增至5 m左右，操作靈活、方便，能夠及時支護頂板，提高了工作面上端頭頂板的支護強度，適應性強，能有效防止工作面支架倒架。

2) 支護輔助設備采用硬連接結構，結構簡單、可操作性強，減少井下設備安裝工作量。該設備是一種無立柱千斤頂式的簡易支架，高度固定，可根據工作面條件設計不同的高度，抗扭性強，安全系數高，能適應巷道復雜地質條件，與工作面支架、前后刮板輸送機、轉載機配合實現工作面巷道機械化作業。

3) 對工作面端頭和超前段巷道頂板和兩幫進行主動支護，最大限度滿足巷道支護高度，提高煤炭回收率。

2 應用及推廣

2.1 應用過程

2017年8月在大社礦92606工作面上端頭運輸巷處增加2架ZFG5400/18/29型過渡支架，并在過渡支架上安裝支護輔助設備，使得原支護高度由2.9 m增加至4.4 m，通過過渡支架升柱支護頂板，代替了單體液壓支柱加設木垛的支護方式，實現了機械化支護端頭巷道頂板。同時將前部刮板輸送機延長，運輸巷臥底出煤，消除機尾三角煤。2018年3月在峰峰集團新屯礦14248綜放工作面進行應用，在上端頭增加2架ZF3200/16/24B支架+支護輔助設備,實現運輸巷臥底出煤，消除機尾三角煤。

2.2 應用效果及經濟效益

1) 大社礦92606工作面。ZFG5400/18/29型液壓支架高度為1.8～2.9 m，安裝支護輔助設備后支護高度增加1.6 m，92606煤厚平均5.5 m，運輸巷高度3.2 m，底煤厚度2.3 m，巷道寬度4.5 m。工作面摸底后每推進1 m，可多回收底煤2.3×4.5×1×1.53=15.8 t，回收機尾三角煤2.3×10×0.5×1×1.53=17.6 t。運輸巷走向長度1 141 m，共計回收煤炭38 109 t。市場價500元/t，噸煤成本300元/t，新增產值1 905.5萬元，新增利潤712萬元。

2) 新屯礦14248工作面。煤厚平均5.5 m，工作面長50 m，推進長度334 m。使用支護輔助設備后，原需要4人抬運打設4.5 m單體液壓支柱，減少為1人操作支架。每天節約9個用工，按300元/工計算，每月可節約人工費8.1萬元，4個月共節約32.4萬元。累計多回收煤量1.2萬t，市場價500元/t，噸煤成本300元/t，新增產值600萬元，新增利潤240萬元。

放頂煤工作面上端頭支護輔助設備的創新使用改變了原運輸巷上端頭支護形式，省去了上切頂排人工放頂環節，有效解決了上端頭頂板支護強度不足的問題，保障了安全生產，降低了工人的勞動強度，提高了工作效率，同時解決了運輸巷底煤及機尾三角煤的丟失問題，提高煤炭回收率，為綜采工作面高產高效創造了條件，為類似煤層開采工藝上提供了有效的途徑。

3 結論

放頂煤工作面上端頭支護輔助設備是根據峰峰集團大社礦、新屯礦工作面煤層具體工況條件而設計的。技術合理，經濟可行，安全可靠，使綜放工作面端頭支護頂板管理水平進一步提升，提高了工作面煤炭回收率；實現了巷道超前支護的機械化作業，為綜放工作面全自動化生產奠定了基礎，為職工的安全提供了保障，創造巨大的經濟效益，對此類條件下工作面端頭支護有借鑒意義，為礦井的高產高效打下基礎，具有推廣價值。