大采高综采面顺槽超前支护支架及其应用.pdf

收稿日期2008- 04- 28 作者简介 翟桂武 1965- , 男, 辽宁凤城人, 高级工程师, 毕业于辽宁工程技术大学机械电子工程专业, 清华大学 高级工商管理硕士 EMBA , 主要研究方向采矿工程、矿山机电。现任中国神华神东煤炭分公司副总经理。 大采高综采面顺槽超前支护支架及其应用 翟桂武 中国矿业大学 北京 资源与安全工程学院, 北京 100083 摘 要 论文分析了神东矿区大采高综采工作面开采矿压显现规律,介绍了超前支护支架的 主要结构、技术特征和超前支护支架在神东矿区大采高综采工作面顺槽的应用情况。结果表明, 在大采高综采工作面推进速度加快、顺槽宽度和高度逐渐加大的情况下,采用大采高超前支护支 架进行顺槽超前支护, 可以有效保证支护的安全性, 提高支护效率,降低支护成本。 关键词 超前支护;大采高; 支架 中图分类号TD353 12 文献标识码B 文章编号1671- 0959 2008 07 -0029 -02 神东煤炭分公司开建 20多年来, 依靠科技进步, 不断 推进集成创新和自主创新, 创建了集约化高产高效千万吨 矿井群生产模式, 创造了安全、工效、单产、单进等多项 世界领先的经济技术指标。其综采工作面已装备 613m一次 采全高液压支架、工作面长度达到 300m,顺槽长度达到 6000m, 顺槽胶带机宽度达到 116m, 综采队年产已达到 1000万 t以上, 最高月产达到 109万 t , 最高日产达到 514 万 t 。大采高综采工作面通风、运输和开采工艺对顺槽断面 尺寸要求越来越大, 目前,上湾、补连塔、哈拉沟等矿井 综采面顺槽宽度已经达到 5000 6000mm,高度已经达到 4000 4500mm。综采工作面的快速推进对超前支护的要求 越来越高, 传统的依靠单体支柱进行超前支护的方式从支 护能力、支护高度、支护速度、自动化程度、安全性等方 面都不能适应, 顺槽超前支护成为制约大采高工作面高产 高效的瓶颈。 2006年以来, 神东煤炭分公司研制开发了大 采高综采面顺槽超前支护支架, 并推广应用到上湾、补连 塔、哈拉沟等矿井 5m以上采高的综采面, 实现了大采高综 采面顺槽超前支护机械化, 保证了顺槽超前支护的安全可 靠性, 提高了支护效率, 降低了支护成本, 解决了制约矿 井高产高效的瓶颈问题。 1 大采高综采面顺槽超前支护支架的提出 神东矿区煤层赋存稳定, 倾角近似水平, 煤层赋存特 点是浅埋深、薄基岩顶板、厚冲积砂覆盖及煤层致密坚硬, 这些特点决定了煤层开采过程中顶板岩层破断运动的特殊 性。上湾、补连塔井田处于神东矿区腹地, 综采面现场矿 压观测表明, 浅埋深煤层长壁综采工作面矿压显现没有因 煤层埋藏浅而缓和,相反却相当剧烈, 其主要特点是工作 面来压表现为煤层上覆基岩全厚度切落,顶板出现台阶下 沉, 矿压显现强烈。大采高工作面顺槽高度达到 4500mm, 周期来压时, 两侧顺槽压力显现较强, 煤壁爆帮和片帮严 重, 严重威胁着设备和人员安全。为保证安全回采,按照 煤矿安全规程的要求, 需对工作面顺槽进行 20m 以上的超 前支护, 如果采用传统的单体液压支柱加金属铰接顶梁支 护工艺, 每巷一般需要布置 3 4排、约 60 80根单体支 柱, 这种人工支护方式支护强度低, 劳动强度高, 回柱危 险性大, 且最大支护高度一般不超过 318m,而神东矿区大 采高工作面顺槽高度均已超过 4m, 最高达到 415m。因此, 研制适应大采高综采面顺槽超前支护要求的超前支护设备, 对保证神东矿区大采高综采工作面安全开采和实现高产高 效有着重要意义。 2 超前支护支架的技术特征 目前, 神东矿区的大采高综采面顺槽超前支护支架包 括运顺超前支架系列和回顺超前支架组系列两类, 推广应 用都取得了很好的使用效果。 211 超前支护支架主要技术特征 依据神东矿区大采高综采面顺槽地质条件和工作面生 产技术条件, 超前支架主要具有了如下技术特征与结构特 点 1 支护强度合理, 超前支护作用以 / 护0 为主。为降 低支架对顺槽顶板的反复支撑破坏, 确定支架对顺槽顶板 的超前支护作用应以 /护0 为主, 支架初撑支护强度不宜 过高, 依靠初撑力与锚杆力联合支护防止采动影响顶板下 位岩层过早离层破碎; 但是,神东矿区大采高工作面顺槽 高度达到 4000 4500mm, 周期来压时, 两侧顺槽压力显现 较强, 煤壁爆帮和片帮严重,支架工作阻力则应充分考虑 该因素, 同时兼顾可能存在的采空区侧向采动压力对顺槽 的不良影响。 2 支架对顺槽通风的不良影响小。两种顺槽超前支护 29 2008年第 7期 煤 炭 工 程 施工技术 支架都采用窄掩护梁和窄连杆结构, 显著降低了支架四连 杆机构的阻风面积, 有利于保持顺槽通风顺畅。 3 支架结构设计力求降低支架对顶板的反复支撑破 坏。运输顺槽支架采用电液控制系统或先导控制系统, 操 作人员可以灵活地调整电液控制系统的参数,设置带压移 架功能, 避免顶梁对顶板的反复支撑破坏。 4 运输顺槽超前支护支架采用左右 2组分体连杆机构 与整体掩护梁配合的架型结构, 极大地适应运输顺槽设备 配套要求和煤矿井下狭窄空间运输、安装要求, 同时结构 稳定, 适应煤矿井下复杂顶、底板工况。 运顺超前支架的结构严格按照转载机、破碎机的配套 要求设计, 支架在顺槽中布置于工作面端头支架前方, 左、 右底座在顺槽中按 / 骑0 转载机的方式安装,同时在破碎 机底槽上焊接用于推移支架的耳板, 超前支护支架与破碎 机互为支点通过推移油缸推拉前移, 推移步距与工作面液 压支架的推移步距相同。 运顺超前支架同时安装了两套电液控制系统, 支架工 可以在本架直接完成对超前支护支架的控制,也可以在端 头支架内对超前支护支架进行远程电液操作。 5 回风顺槽超前支护支架组由前架和后架两架支架串 联组成, 在前后架底座之间并联两套分别控制的推移机构, 实现前后架相互推拉移架。推移机构能适应巷道底板 10b 起伏变化。 顶梁与掩护梁采用 /十字头0 连接,使顶梁对顺槽顶 板条件适应性好,同时可有效缓解窄四连杆机构所承受的 扭转力矩。 支架组同时采用了本架和邻架两种手动液压控制方式。 前、后架支架都可以从本架控制系统直接控制本架动作, 同时又可以从前架支架来远程控制后架支架动作。 6 超前支架顶梁采用多级铰接式设计, 且两侧都设计 了侧翻梁, 人行道侧的侧翻梁上又增设了二级侧翻梁, 可 以有效扩大支护面积, 保护人员与设备安全。 212 超前支护支架主要技术参数 ZYDC5030/2515/46型运输顺槽超前支护支架主要技术 参数 支架高度 2550 4600mm 支架宽度3700 4900mm 初撑力3196kN 工作阻力4100kN 操作方式本架和远程电液控制 ZFDC8000/2615/47型回风顺槽超前支护支架组主要技 术参数 支架组形式 前后架串联 支架高度2650 4700mm 支架宽度2500 4600mm 支架组初撑力5048kN 支架组工作阻力6000kN 操作方式本架和邻架手动先导控制 3 超前支护支架的应用效果 目前, 神东矿区运输顺槽和回风顺槽超前支护支架已 经从工作阻力、支护高度、支护长度等参数方面形成系列, 并在矿区大采高综采面全面推广使用, 取得了很好的应用 效果。 1 提高了人员作业的安全性。在大采高综采面顺槽使 用超前支护支架后,彻底取消了单体支柱支护方式, 大大 降低了工人劳动强度, 减少了作业人员,提高了作业安全 性。 2 控制了顺槽采动影响段的冒顶事故。支架对巷道围 岩控制能力强, 尤其在顶板破碎处应用超前液压支架, 不 但可以适当减少通常锚网支护及架设工字钢棚的数量, 而 且支架支护下的工作空间安全性好, 使用中多次有效地防 止了冒顶伤人事故的发生。 3 支架与顺槽设备配套性好, 端头支架、超前支护支 架及转载机、破碎机等设备实现了协调推进, 实现了顺槽 支护作业的自动化, 满足高产高效工作面对端头设备快速 推移的要求, 有利于提高综采面单产。 4 超前支护支架与工作面端头支架集中控制, 取消了 专门的顺槽超前支护工, 提高了工作效率。采用单体液压 支柱做顺槽超前支护时, 每天至少安排六人作业, 使用超 前支护支架后, 取消了专门的顺槽超前支护工, 单人工工 资就可节省 15万元 /a 。 4 结 论 综采面运输顺槽和回风顺槽系列超前支护支架的成功 应用, 保证了神东矿区综采工作面的安全生产, 提高了工 作效率, 降低了生产成本, 为矿井实现高产高效率奠定了 基础。 参考文献 [ 1] 朱泽阳, 刘凤升, 张有河, 等. 工作面顺槽超前液压支架的 研制及应用[ J]. 水利采煤与管道运输,2003, 321 23 . [ 2] 石永奎, 李法柱, 宋志安, 等. 自移式超前支架支护效果分 析 [ J]. 矿山压力与顶板管理,2004 , 215 16 . [ 3] 张惠. 神东补连塔矿运输平巷支护探讨[ J]. 矿山压力与 顶板管理,2004, 254 55. [ 4] 刘文宝, 王根胜, 段西亮, 等. 综采工作面新型超前支架研 究与应用[ A ].2005年度山东煤炭学会优秀学术论文集, 2005 6 8. 责任编辑 潘启新 30 施工技术 煤 炭 工 程 2008年第 7期