綜采工作面端頭支架與超前支架的應用研究

劉藝芳，劉鯉粽

（1.煤炭科學技術研究院有限公司礦用材料分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013）

引言

井下綜采工作面是煤礦安全生產(chǎn)的重點區(qū)域，采煤面由于自身采動以及相鄰工作面的礦壓影響，應力表現(xiàn)較為復雜。工作面端頭設備安裝繁雜，排列集中，超前巷道懸頂范圍廣，超前支護不易，容易發(fā)生安全事故，不利于工作面高效安全生產(chǎn)[1]。常村煤礦14026 綜采工作面運輸巷原超前巷道支護采用單體柱支護，鉸接頂梁配合頂板支護，支護效果不明顯，支護過程復雜，無法滿足工作面快速推進的支護需求，且工人勞動強度大，成本投入高，單體柱以及鋼梁回收存在安全隱患[2]。為解決這一問題，基于14026 綜采工作面的現(xiàn)場條件應用一種端頭巷道超前支護液壓支架組，保證14026 綜采工作面快速推進時的安全性。

1 14026 工作面概況

14026 工作面為常村煤礦14 采區(qū)首個采煤工作面，采用綜合機械化采煤工藝。主采5 號煤層，煤層直接頂巖性為粉砂巖，厚3.9 m，直接底巖性為粉砂巖，厚度4m。5 號煤層煤厚1.7～2.1m，平均煤厚1.9m，煤層傾角平均為6°，呈西厚東薄分布，煤層結構表現(xiàn)復雜，含0.1 m 厚夾矸。工作面兩巷掘進支護形式為錨網(wǎng)索支護，工作面走向長度440m，傾向長度80m。

2 液壓支架組結構原理

2.1 端頭支架組

工作面端頭液壓支架組支架型號選型為ZTZ9600/15/28型，為兩列中置型分體邁步式結構。端頭液壓支架組與工作面轉載機、刮板機通過相互推拉作用向前邁進，液壓支架推動轉載機，轉載機拉動支架移動。圖1 為端頭液壓支架組示意圖。

圖1 端頭支架組示意圖

2.1.1 結構部件

ZTZ9600/15/28型端頭液壓支架由前梁、伸縮梁、頂梁、掩護梁、連桿、立柱以及底座等主要部件構成。

1）前梁部分。液壓支架前梁有兩部分，安裝在支架左側頂梁以及右側頂梁上方，配合頂梁對頂板進行支護，前梁千斤頂可控制其進行上下動作貼緊頂板，達到最大支撐效果。

2）伸縮梁部分。液壓支架伸縮梁位于支架左右兩側前梁上，主要用于采煤機前進后伸出對頂板進行臨時支護，保證頂板處于支護狀態(tài)，液壓支架移架后也可以保護破碎頂板。

3）頂梁部分。液壓支架頂梁共有前后兩組，為箱式結構，支撐頂板，與前梁一起對頂板進行支護的同時，結合支架底座與立柱形成保護空間，前后兩組頂梁互相連接阻擋煤塊與矸石落入，為轉載機、刮板機卸煤及架間移動提供保護[3-4]。

4）掩護梁部分。液壓支架掩護梁主要用于分割工作面和采空區(qū)，同時具備一定的獨擋冒落煤、矸的作用，為工作面安全生產(chǎn)提供保護。掩護梁上部與后頂梁連接，中下部與前后連桿連接，構成四連桿結構。

5）連桿部分。液壓支架連桿有兩部分，分為前連桿與后連桿，為相連的箱式結構，主要用于控制液壓支架在升降架時距離相差不會過大。與支架底座、掩護梁構成四連桿結構。

6）底座部分。液壓支架底座有4 個部分構成，左側前后底座，右側前后底座。支架前底座正面連接橫推千斤頂，支架前底座背面與支架后底座前面有箱體構件連接并通過立柱來承受頂板壓力。通過與掩護梁、前后連桿構成的四連桿結構保證支架梁端間距在位移時不超過100 mm，并與支架立柱形成空間，保護轉載機和刮板機的機頭[5-6]。

2.1.2 支架技術參數(shù)

ZTZ9600/15/28型端頭液壓支架技術參數(shù)如表1 所示。

表1 ZTZ9600/15/28型端頭液壓支架技術參數(shù)

2.2 巷道超前支護支架組

巷道超前支護液壓支架組支架選型為ZQL2×2000/15/28 巷道超前支護液壓支架，采用兩列超前式布置，工作面兩條巷道各布置4 組液壓支架，可保證巷道超前20 m 范圍內(nèi)支護效果滿足需求。ZQL2×2000/15/28型液壓支架頂梁可調(diào)節(jié)任意方向，支架高度可根據(jù)巷道頂板進行適應性調(diào)整，保證巷道在任何情況下都能夠接頂嚴實，發(fā)揮最大支撐力。圖2 為巷道超前支護支架組示意圖。

圖2 為巷道超前支護支架組示意圖

2.2.1 結構部件

1）伸縮梁部分。超前支護液壓支架伸縮梁位于支架頂梁上方，保證采煤機在行進后，對巷道進行臨時支護，避免破碎頂板冒落，造成安全隱患。

2）頂梁部分。超前支護液壓支架頂梁做為支架核心部件，其作用為接頂后承載煤層頂板方向來壓，為工作面生產(chǎn)設備及人員支撐起安全空間。頂梁為箱體式結構，連接底座及立柱共同保護工作面切眼的生產(chǎn)環(huán)境。

3）連桿部分。超前支護液壓支架連桿由3 部分構成，分別為上連桿、前連桿以及后連桿，通過這3部分連桿將液壓支架頂梁與底座連接成整體，主要用于承受來自巷道頂板的水平應力以及工作面的側應力，提升液壓支架在水平方向上的穩(wěn)定性，支架連桿的3 個部分與支架底座構成四連桿結構，控制支架梁端間距在允許范圍之內(nèi)。

4）底座部分。超前支護液壓支架底座通過立柱與頂梁連接，將巷道頂板壓力傳導至底板，還要具備較強的平穩(wěn)能力以適應巷道底板的起伏。為工作面生產(chǎn)提供安全可靠的生產(chǎn)空間，保證液壓支架的穩(wěn)定性。

5）護板部分。支架頂梁左右兩側各安裝一塊護板，連接支架頂梁和護幫千斤頂，在需要臨時支護時將護板升起能夠增加支護范圍，對生產(chǎn)地點具有一定的保護性。

2.2.2 支架技術參數(shù)

ZQL2×2000/15/28型巷道超前支護液壓支架技術參數(shù)如表2 所示。

表2 ZQL2×2000/15/28型巷道超前支護液壓支架技術參數(shù)

3 結語

常村煤礦在14026 綜采工作面應用端頭及巷道超前支護液壓支架組進行回采支護后，工作面端頭以及巷道超前20 m 范圍內(nèi)頂板破碎情況得到了顯著改善，解決了單體柱安裝時大量的人力浪費以及回收時存在的安全隱患，降低了生產(chǎn)成本，對工作面安全高效生產(chǎn)具有重要意義。