淺談綜放工作面端頭支護技術及其應用

趙 娜

(晉能控股裝備制造集團 煤炭技術裝備有限責任公司，山西 長治 046204)

綜放工作面端頭是指煤礦井下綜放工作面與進風巷、回風巷的交接處，是工作面實現采煤、運輸、支護、通風的關鍵點，這里設備布置密集，互相搭接緊湊，同時要兼顧行人、通風要求，簡稱 “三角區”。是受采動影響最大，礦壓顯現劇烈，頂板無支護空間大，所以端頭既是頂板維護的重點，又是頂板管理的難點。端頭管理和支護的好壞，是決定工作面能否正常運轉和工作面安全程度的關鍵。目前潞安化工集團各礦井主要有以下幾種支護技術和支護裝備。

1 端頭支護技術及其組成

1) 采用π型頂梁、大板配合單體支柱進行支護。該支護方式為潞安化工集團巷道普遍支護方式，常用π型梁規格，斷面100 mm×95 mm，長度4.6 m，20 kg/m，重量約100 kg，單體柱DW-45/110,最大高度4.5 m,重量約120 kg，巷道斷面通常采用“一梁三柱”支護方式，沿巷道走向間距800 mm。遇頂板破碎時單體柱更密集，在工作面回采過程中需不斷對π型頂梁、大板、單體柱進行回撤操作，滿足生產需求。

優點：適應任何工作面巷道條件，對巷道斷面寬度高度沒有要求，對設備動作沒要求；

缺點：支護強度低，底板較軟時單體液壓支柱鉆底量大，回撤困難，對于頂板壓力較大的煤層，又容易卸壓，造成三角區頂板下沉；同時支護速度慢，制約了采煤工作面推進速度，難以實現高產高效；全部采用人工進行支護和回撤工序，勞動強度大，成本高、安全性差[1]。

2) 采用端頭副架配合大板、單體柱進行支護。潞安化工集團主體礦井運輸巷端頭廣泛使用這種支護方式，如圖1所示，巷道頂板用大板護頂，巷道里幫煤壁由端頭副架替代單體柱對大板進行支護，端頭副架固定在裝載機靠近煤壁里幫一側，跟隨轉載機一起移動，與過渡支架形成邁步移動，煤壁外幫繼續使用單體柱支護。能夠保證端頭區域有效作業空間，滿足通風和人員安全操作要求。

圖1 巷道斷面支護方式

1.1 結構組成

如圖2所示，端頭副架主要由前頂梁、后頂梁、尾梁、底座、護罩、立柱、尾梁千斤頂等組成。

圖2 端頭副架架型及布置

其中，前立柱、中立柱支撐的前頂梁對前部刮板輸送機形成有效支護，保證機頭上方頂板穩定，滿足作業空間要求，中立柱、后立柱支撐的后頂梁形成有效行人通道空間，底座、護罩將前、中、后立柱固定到轉載機側面防止端頭副架傾倒。立柱連接采用柱窩結構形式，連接銷軸不受力。

優點：端頭副架簡單便捷，隨轉載機同步移動；降低了單體柱支護大板經常脫落風險，保證了大板對巷道頂板持續有效的支護。

缺點：端頭副架頂梁、尾梁重量大，底座重量輕，形成頭重腳輕結構穩定性較差，同時頂梁梁體跨度大強度弱，容易彎曲；煤壁外需結合單體柱進行支護。

1.2 典型架型

潞安化工集團端頭副架典型架型為ZT2200/24/38型，工作阻力2 200 kN、最大高度3 800 mm滿足絕大多數礦井的巷道高度要求。主要技術參數見表1。

表1 ZT2200/24/38主要支架技術參數

2 使用邁步自移式端頭支架

隨著綜放技術的不斷完善和提高，綜放工作面機械化、自動化進程不斷加速，綜放工作面端頭支架的應用顯得尤為重要, 根據采面的地質條件、煤層傾角和厚度等綜合因素考慮，選取合適的端頭支架技術參數，為提高綜采工作面的安全性和可靠性創造有利條件，是提高綜采工作面安全、高產和高效的重要途徑。潞安化工集團司馬煤業、古城煤礦、余吾煤業均使用邁步式端頭支架。

綜放工作面端頭支架在工作面三機配套時進行端頭支架配套，預留設備安裝空間及連接方式。端頭支架具備有效的移架、防倒、護頂、調架功能，布置在運輸巷轉載機兩側，支架采用兩根推移油缸以轉載機為支點實現自移，必要時推移轉載機。有效維護端頭作業空間，并具有遮護轉載機機尾功能。

2.1 結構組成

如圖3所示，綜放工作面運輸巷端頭支架常規結構設計為中置式八柱兩架一組結構形式，左、右兩架對稱布置以適應左右工作面使用。支架主要由前梁、頂梁、掩護梁、前后連桿、底座、側幫板、連接桿、立柱、推移千斤頂、前梁千斤頂、側幫千斤頂、防倒千斤頂等組成。

圖3 端頭支架架型及布置

前端采用鉸接前梁結構以適應前端頂板起伏，頂梁、底座整體長度較大，為保證支架的運輸方便，更好的適應巷道頂底板條件，頂梁、底座設計為鉸接結構，頂梁分為前頂梁、中頂梁、后頂梁三部分，底座分為前底座、中底座、后底座三部分，前、后部均有四連桿穩定機構，確保支架前后水平位移穩定性。

如圖4所示，支架頂梁兩側設置側幫板，能夠更好的支護頂板，防止矸石掉落，側幫板能夠隨時收回或拆除適應支護巷道斷面尺寸的變化；頂梁處設置三組防倒千斤頂，防止支架移架過程的歪斜，頂梁調架千斤頂處連接耳與梁體距離加大，保證左右支架在高低落差較大時調架千斤頂不受力。

圖4 端頭支架斷面布置 表2 ZT25000/25/55型支架主要技術參數

優點：端頭支架完全代替單體柱，機械化程度高，支護強度高，安全性高，可靠性強，性能優越，護頂面積大，實現對頂板的完全支護；

缺點：支架重量大，對頂板重復支護次數多，容易造成頂板破碎垮落，頂底板條件惡劣時拉架困難。

2.2 典型架型

潞安化工集團端頭支架典型架型為古城礦ZT25000/25/55型端頭支架，工作阻力25 000 kN、最大高度5 500 mm主要技術參數見表2。

序號項目名稱參數1支架最低高度2 500 mm2支架最大高度5 500 mm3支架初撐力20 267 kN4支架工作阻力25 000 kN5支架安全閥壓力38.9 MPa6支架支護強度約0.65 MPa7支架泵站壓力31.5 MPa8支架移架步距800 mm9支架操作方式手動操作10立柱型式雙伸縮11立柱缸徑D320/D230 mm12立柱柱徑D295/D210 mm13立柱行程2 860 mm14立柱初撐力2 533 kN15立柱工作阻力3 125 kN

3 新型門式支架支護

該架型是山西天地煤機裝備公司設計開發，用于工作面回風巷道支撐，避免對頂板的重復支撐，不破壞頂板錨桿、錨索，但需要專用支架搬運車進行移架。如圖5所示。

圖5 門式支架

門式支架采用兩柱一梁框架式結構，支架的支護長度可根據巷道寬度設計，架間距0.8～1.5 m；縱向布置巷道的兩排錨桿之間，實現巷道超前支護50～100 m。橫梁前后兩側通過圓環鏈條互相連接，在支護過程中可與前后相鄰的單跨支撐裝置相連，形成一個整體，避免支撐裝置傾斜，保證安全。目前僅在高河能源進行試用。

4 結 語

以上介紹了幾種不同的巷道端頭支護方式，隨著集團公司提高礦井現代化水平，不斷推進智能化礦井建設，對裝備自動化，智能化提出越來越高的要求，相信會有更多類型的端頭支護裝備進行研發，投入井下實際使用，實現煤礦井下少人安全、無人安全的安全理念，同時提高工作面推進速度，更好實現礦井的高產高效。