巷道液压支架在冲击地压工作面的应用.pdf

2 0 1 1 年第 1 2 期 中州煤炭 总第 1 9 2 期 巷道液压支架在冲击地压工作面的应用 郑林 杰 义煤集 团公 司 跃进煤 矿 ， 河南 义马4 7 2 3 0 0 摘要 随着开采深度 的增加 ， 冲击地压成为制 约跃进煤 矿发展 的最 大安全 隐患。结合 井下现场 支护情况 ， 该 矿联合 有关厂家设计 了 Z D 6 4 0 0 ／ 2 7 ／ 4 2 G型 防冲 击巷 道 液压支 架。通过在 2 5 1 1 0工 作面运 输巷 的安装和 使 用 ， 形成 了有跃进特色 的“ 锚 网索 3 6 U‘ O’ 型棚 门式支架” 的“ 三级支护 、 三级让压 ” 防冲 系统。通 过高强 度 、 强让压 、 整体 性支护 ， 提 高 了巷道 的支护强度和支护质量 ， 冲击地压 防治效果 良好。 关键词 冲 击地压 ； 巷道液压支架 ； 三级让压 ； 三级支护 中图分 类号 T D 3 5 3 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 30 5 0 6 2 0 1 1 1 2 0 0 7 1 0 4 1工 作 面 概 况 跃进煤矿 2 5 1 1 0工作面是该矿 2 5采 区第 1个 综采放顶煤工作面， 地面标高 5 5 1 ． 0一 5 9 6 ． 0 m， 煤层标高 一3 9 4 ． 0～一 4 5 1 ． 7 m， 东为 2 3采区保护煤 柱 ， 西为 2 5采区下山保护煤柱 ， 南为 2 5采区下部未 开采煤层 ， 北为 2 5 0 9 0工作 面 已采 。开采 中下侏 罗统义马组 2 - 1 煤 ， 走向长 8 6 5 m， 倾斜长 1 9 1 m， 可 采储量 1 7 9 ． 6万 t ， 煤 层倾 角 1 0 。～l 5 。 ， 煤层 厚 度 8 ． 4～1 3 ． 2 i n ， 采放 比1 2 ． 9 2 ， 服务年限 1 4 ． 4 1个月， 采用走 向长壁后退式综采放顶煤采煤法 ， 一次采全 高， 自然垮落法控制顶板。 工作面采深大 ， 顶板围岩 易破碎 ， 易底鼓 、 片帮 和冒顶， 地压现象 明显 ， 巷道变形较严重 ， 同时伴有 冲击地压释放。根据中国矿业大学冲击倾 向性鉴定 结论 2 1 、 2 3煤层 冲击倾 向性类别为 I类 ， 强冲击 倾 向， 其顶板也具有弱 冲击倾向。掘进过程 中运输 巷发生过 5次中等以上 冲击地压 ， 预测 回采过程中 具有强 冲击危险 ， 必须加强巷道支护 。运输巷设计 全长 1 0 0 7 I T I ， 断面为椭圆形 ， 长轴 6 ． 2 m， 短轴 5 m， 净断面 2 4 ． 5 m ， 棚距 0 ． 7 1 T I ， 采用锚 网索 3 6 U“ O ” 型棚复合支护 ， 巷道方位角 N1 1 5 。 ， 布置在 2 - 1 煤层 中沿煤层顶板掘进 ， 该巷道作 为工作面的胶带运输 巷 ， 回采过程中主要 向工作面供给新鲜风流。 2 工作面运输巷支 护形 式 为提高冲击 区域支护强度， 减小冲击地压危害 ， 在 运输 巷 安全 出 口向 外 3 0 0 n l内进 行 超 前 支 护 加 固 ， 在转 载 机段 5 0 m安装 3排 Z T 2 4 0 0 0 ／ 3 3 ／ 5 0型 迈 步式 液压 支架 进行 支护 。转载 机头 向外 2 6 0 m 区 域范围内， 每隔 3架 3 6 U“ 0” 型棚安装 1架型号为 Z D 6 4 0 0 ／ 2 7 ／ 4 2 G的“ 门式” 液压支架进行超前支护， 在工作面回采过程 中随着转载机的拉移 ， 在转载机 头处拆除最里面一架支架 ， 运 至支架最外 面一架处 进行安装 ， 如此循环。这就是具有跃进煤矿特色的 “ 锚网索 3 6 U‘ 0’ 型棚 门式支架 ”的“ 三级支 护 、 三级让压” 抗冲击复合支护系统 ， 即由高强度预 应力树脂锚 固螺丝钢锚杆 、 十字钢带和金 属网等构 成的锚 网索一级支护 高强度 u型钢全封闭二级 椭 圆支护 Z D 6 4 0 0 ／ 2 7 ／ 4 2 G型整体式强力液 压可 缩 性支 架 三级支 护 。巷道 支护 断面如 图 1 所 示 。 图 1 巷道支护断面 示意 收 稿日 期 。 1 - 0 6 一 3 支架结构及性能 作者简介 郑林杰 1 9 7 9 一 ， 男 ， 河南淮阳人 ， 2 0 0 8年毕业 于河南理 工大学， 现从事煤矿综采技术管理工作。 3 ． 1 适用条件及参数 71 2 0 1 1 年第 1 2 期 中州煤炭 第 1 9 2 期 Z D 6 4 0 0 ／ 2 7 ／ 4 2 G型巷 道液压 支架 是在认 真总 结国内外支护技术成果 、 有关 支架特点和现场使用 经验的基础上 ， 根据跃进煤矿 现场 的生产条件和支 护形式 设计 的新 型巷 道防 冲击 液压 支架 。主要 应用 在近工作面段巷道区域 内进行加强巷道支护 ， 或在 采区煤层准备巷道的三角点设备 比较集中或矿山压 力显现较大的地点 ， 用于要求有较高防护能力的拱 形顶的巷道支护 ， 适用于巷高 2 ． 7 4 ． 2 m、 倾角小 于 l 0 。 的巷道 中。与巷道 的锚网索 和 3 6 U“ 0” 型棚 配合实现“ 三级支护 、 三级让压” 防冲系统。 支 架 为双立 柱 顶 梁 圆弧 铰接 ， 支 护 高 度 2 ． 7～ 4 ． 2 m， 底 座宽 5 ． 5 li 1 ， 支架 初撑 力 1 7 9 8 k N， 工作 阻 力 2 3 0 0 k N， 支护 强度 1 ． 3 5 5 MP a ， 对 底板 比压 1 ． 2 8 M P a ， 泵 站 工 作 压 力 3 1 ． 5 MP a ， 缸 径 2 0 0 m m， 柱 径 1 8 5 i i l m， 行程 1 5 0 0 mm， 立柱初撑力 9 8 9 k N， 工作阻 力 1 1 5 0 k N。 3 ． 2 结构 z D 6 4 0 0 ／ 2 7 ／ 4 2 G型巷道 液压 支架 主要 由金 属 结构件和液压元件两大系统组成。①金属结构件主 要 由弧形顶梁 、 底座组成 ； ②液压控制系统除了立柱 外 ， 还包括各种液压控制元件 ， 如操纵 阀组 、 液控单 向阀和安全阀、 液压辅助元件 如胶管、 弯头和三通 等 等。各结构件之间及结构件和液压元 件之 间通 过销轴 、 螺栓等连接， 管路 系统采用快速接头、 u型 卡连接 ， 拆卸维护方便快捷。 3 ． 2 ． 1 顶梁 顶梁与巷道顶板接触 ， 直接支撑顶板 ， 是支架的 主要承载部件之一 ， 主要作用是承接巷道顶板岩石 的载荷 ， 为井下巷道提供一定的工作空间， 满足生产 需 要 。 顶 梁 由左 、 右拱 形 顶 梁 组 成 ， 左 、 右顶 梁形 状 基 本相同， 为由若干条 主筋和横筋及盖板组焊成的箱 形结构 ， 总体呈弧线形 ， 左 、 右 梁上分别焊有 1个柱 窝 ， 与立柱柱头呈 面接触 ， 其与左 、 右侧立柱用销铀 连接支撑顶梁 ， 将立柱 的支撑力传递给顶梁 ， 并防止 顶梁向两侧侧翻， 起到限位 固定作用 。左 、 右顶梁之 间通过销轴绞接成为 1 个 近似弧形 的整体结构 ， 并 设有 向上翻转和向下翻转的限位机构 ， 不但增强了 顶梁的稳定性 ， 而且还提高了顶梁的抗冲击能力。 3 ． 2 ． 2底 座 底座是整个支架 的重要承载部件 ， 它的主要作 用是将支架承受的顶板压力传递给底板 ， 所 以底座 除要具有足够的强度 ， 还耍满足底板 比压小和适应 72 现场底板起伏不平等要求 ， 为立柱形成安装空间和 作为支撑立柱的支点。 底座为箱形铰接结构， 由外形相同的 2个边底 座和连接边底座的中间底座组成 ， 最大外形尺寸 2 1 -n1 ． 3 m， 三 结 构 件 之 间用 销 轴 进 行 连接 ， 呈 长方 体箱形。每个边底座 内设有柱座， 与立柱缸底呈面 接触， 形成近似整体结构 ， 以提高支架的稳定性和确 保支架有足够的承载能力。 3 ． 2 ． 3液压 系统 1 立柱 。立 柱 把 顶 梁 和 底 座 连 接 起 来 ， 承 受 顶板的载荷 ， 是液压系统 的主要受力部件 ， 使各结构 件 连接 为一个 整体 ， 以发 挥最 大效 能 ， 除要求 有足够 的强度外 ， 还需 具有 较高 的可靠 性 。 该支架采用机械加长立柱 ， 主要由缸体 、 活柱 、 机 械加 长 段 和 各 种 密 封 件 组 成 。立 柱 缸 径 为 2 0 0 mm， 供液压力为 3 1 ． 5 MP a时初撑力为 9 8 9 k N， 当压 力 超过安 全 阀设 定 压力 3 6 ． 6 2 M P a时 ， 安 全 阀 开启 卸载 ， 此 时立柱 工作 阻力 为 1 1 5 0 k N。此 种 立柱 结 构简单 ， 成本较低 ， 可靠性 高； 缺点是使用不如双伸 缩立柱方便 ， 抗冲击性能相对较弱 ， 在使用 中应加强 对旁路安全阀的维护， 始终使其处于正常状态 。 2 液压控制元 件。主要 由操 纵阀、 液控单 向 阀和安全阀组成。①操纵阀是液压支架的总控制中 心部件 ， 根据需要控制液压 系统元件 的动作。选用 F H S 1 2 5 ／ 3 1 ． 5 Z型操纵阀完成对液压元件的控制 ， 工 作压力 3 1 ． 5 M P a ， 额定流量 1 2 5 L ／ mi n 。液控单 向 阀是液压系统的关键控制元件 ， 其作用是 闭锁立柱 千斤顶工作腔 ， 承受外载荷产生的增压阻力 ， 配合安 全阀获得额定工作阻力。选用 F D Y 2 8 0 ／ 4 2型液控 单向阀， 额定工作压力 4 2 MP a ， 流量 2 8 0 L ／ m i n 。② 安 全 阀和单 向锁 组成 支 架 液 压 控 制 阀组 ， 对 液 压 元 件和结构件起过载保护作用 ， 选用 F A D 3 2 0 ／ 5 0型安 全阀 ， 额定压力 3 9 ． 3 MP a 。该支架的液压系统高压 从工作面乳化液系统引入 ， 由主进液管 、 主回液管、 各种液压元件 、 立柱组成。采用快速接头和 u形卡 及“ 0” 形密封圈连接 ， 拆装维护方便 ， 性能可靠。在 主进 、 回液三通到操纵阀之间装有球形截止阀、 过滤 器等 ， 可根据需要接通或关闭某条液路 ， 方便维修某 一 条胶管及液压元件 ， 过滤器能过滤 主进液高压液 中的杂质 ， 防止 杂质 进入 架 内管路 系统 。 3 ． 3 特点 1 设置 了大流量的旁路安全 阀， 以便在冲击 地压作用的瞬间及时卸载 ， 避免损坏立柱。 2 0 1 1 年第 1 2期 郑林杰 巷道液压支架在冲击地压工作面的应用 总第 1 9 2期 2 立柱 的缸底 、 柱 头 一改 传 统 立柱 的球 头 式 ， 采用平头式设计 ， 且顶梁和边底座柱窝均为锻造平 底柱窝 ， 大大增强了立柱和结构件的抗冲击能力。 3 为防止冲击地压作用下造成巷道底鼓 ， 支 架下设防止底鼓 的下横梁。 4 为了便于运输 、 安装 和拆卸 ， 支架的各大部 件之间均可方便地拆装。 5 支架使用在“ 0 ” 型棚的巷道内， 支撑在“ 0” 型 棚之 间 ， 以保 证支 架 的侧 向稳定 性 。 6 支架 顶 梁 间设 有 顶 梁 连 接 耳 ， 方 便 架 与 架 之间进行连接 ， 使多架支架变为一个整体 ， 提高了支 架 的侧 向稳定性。 4 井下运输 、 安装及拆 除 4 ． 1运 输 1 支架运输常用的有整体运输和解体运输 2 种 。一般在矿井提升能力和巷道断面通过能力允许 的情况下 ， 应尽可能采用整体运输 ， 以减少现场拆装 工 序 ， 缩短 安装 时 间 ， 提 高 安 装 质 量 ； 否则 应 采 用 解 体运输。由于该支架体积较大 ， 该矿采用在地 面解 体 、 分件装车入井 、 现场安装的方式。 2 入井前要提前准备好专用平板 车， 要求平 板车装卸方便 ， 重心尽可能低， 要严防斜坡运输和井 下运输途 中翻倒损坏支架 ， 专用平板车数量根 据列 车运行速度 、 运输路线长短及及支架的质量来确定 。 3 起 吊支 架 部 件 时 ， 必 须 按 底 座 或 顶 梁 上 既 定起吊环起吊， 同时 用选定 的螺栓将支架和符 合矿 用标 准 的平板 车 相连 接 并 进 行 固定 ， 装 车 时 必 须使 液压支架重心尽量 与板车 中心重合 ， 平板车的承载 质量与所装支架 或部件的总质量相 匹配且安全 可 靠， 在起吊过程中， 要使用正规安全的、 并与起 吊物 件质 量相 匹 配 的起 吊设 备 进行起 吊。 4 支架 或 部 件 装 到 平 板 车 上 后 ， 最 大 外 形 尺 寸在运输 中符合 煤矿安全规程 等安全要求 ， 确保 能顺利通过所经巷道。为保证运输畅通顺利 ， 应先 用最大外形尺寸的模 型或实物试运输 ， 确认所经巷 道畅通无阻后 ， 支架或部件开始正式人井运输 。 5 无论采用何种 固定方 式， 除将支架和板 车 进行牢固锁定外 ， 在支架和板车之 间务必采取 防侧 滑措施 ， 以免在运输过程 中因突然启动 、 刹 车、 上下 坡而产生惯性力损坏坚固装置发生事故。在所有运 输 的环节中 ， 都要检查是否 因上一个运输环节 引起 了支架坚固处松动破坏 ， 如有异常应处理后再进入 下一个 运 输环节 。运输过 程 中还 应注 意保 护好立 柱 的镀层和液压系统各种胶管 、 控制 阀， 以免损坏 ， 影 响使用 。 4 ． 2 安装 进入 防冲区域 ， 所有作业人员必须严格遵守防 冲管理实施细则和防冲措施， 穿好防冲服、 戴好防冲 头盔 ， 做好个体 防护并搞好 自主保安工作。分解装 车 的支架 运输 到安 装 地 点后 ， 暂 时不 使用 的一 定 要 用双 股细 钢 丝绳 与 U 型钢 腿 捆 绑 好 ， 顶 梁 、 底 座 的 捆绑不能少于 2道 ， 分布要合理均匀 ， 且每道绳上使 用不 少于 2个绳 卡 子 进 行连 接 固定 ， 严 防 冲击 地 压 发生时引起物料伤人。 1 由于支架底座安装在巷道 内的轨道和运输 胶带 以下 ， 支架底座上平面必须 和巷道底板保持一 个平 面， 就必须提前在安装现场 2架 3 6 U“ 0” 型棚 之 间 、 轨 道 以下开挖 长度 不小 于 5 ． 5 m、 深 度 和 宽度 不小于 0 ． 6 m的平底沟槽 ， 并且将影响安装 的锚杆 等杂 物提 前处 理 。同 时清理 2架“ 0” 型 棚之 间影 响 安装顶梁的障碍 ， 准备好所需要工具 ， 选择好起 吊悬 挂 点 。 2 利用多台 5 t 手拉葫芦相互配合 ， 先将支架 下帮的边底座起吊并穿过胶带输送机的底胶带 ， 摆 放在 2架 “ 0” 型 棚 之 间提 前 挖 好 的 沟槽 内 ， 然 后 摆 放中间横梁并安装横梁下帮连接销轴 ， 同时将上帮 的底座安装到位 ， 并安装横梁上帮连接销轴； 底座安 装工作结束后， 将缩至最短的上、 下帮立柱分别起吊 装入两边底座内， 并摆放在正确位置 ； 然后再依次起 吊左 、 右 拱形 顶梁 ， 并通 过多 台手拉 葫芦 配合进 行装 配 ， 用销轴将左、 右顶梁铰接为一体 ， 再分别安装顶 梁两侧与上 、 下帮大立柱的连接销轴 。 3 将支架在安装位置组装好后 ， 必须及 时连 接液压管路 ， 操作控制手柄 ， 使顶 梁平稳上升， 在上 升 过程 中 ， 要 确 保顶 梁 在 2架 “ 0” 型 棚 之 间 的 正确 位置 ， 并用手拉葫芦进行牵 引， 防止支架 向两侧倾 倒 。若立柱液压行程不 能够使顶梁接顶 ， 则必须拔 出立柱加长段 ， 待支架立柱升起支撑住顶板后 ， 再按 顺序依次安装下一架 。 4 在支架安装 到位后 ， 及时用专用锚 索绳将 本架和上一架支架进行横 向连锁固定 ， 防止支架倾 倒 。同时填埋安装底座时开挖的沟槽 ， 清理工作现 场的工具和杂物 。 安装过程中， 为了确保施工安全， 每次起吊前都 要对起吊工具、 起 吊位置和手拉葫芦悬挂地点灵 活 7 3 2 0 1 1 年第 1 2期 中州煤炭 总第 1 9 2 期 性 、 可靠 性 、 牢 固性 和安 全性 进行 全面 检查 。起 吊现 场与安 装工作 无 关人 员 要 远 离 ， 支 架 顶梁 在 没 有 升 起支撑住顶 板前 ， 严禁人 员在顶梁下行走或作业 。 所有部件起 吊、 旋转 、 位移范围 内严禁停 留人员， 现 场要安排专人指挥， 发现安全隐患， 先处理整改后再 进行安装工作。 4 ． 3 拆 除 拆 除 是 安装 的逆 过程 ， 支 架 在 安装 完 成后 可 能 几个月甚至更长时间内不动作 ， 但受现场生产条件 的影响， 如巷道变形 ， 发生冲击地压使支架损坏或发 生变形等原 因， 都必须拆除、 更换支架或部件。每次 拆除前都要对现场情况进行详细检查 ， 做好充分 的 准备工作 ， 悬挂位置和牢固性要重点检查 ， 确保拆除 工作 的安 全进行 。 1 先拆除本 架与下一 架 间的横 向防倒锚索 绳 ， 在本架支架 内、 外侧 的“ 0 ” 型棚梁上 ， 分别悬挂 2台 5 t 手拉葫芦固定左 、 右顶梁 。先将左顶梁与上 帮立柱连接销轴拆除 ， 然后降上帮立柱使立柱柱头 脱离顶梁柱帽 ， 然后用 2台手拉葫芦配合 ， 退去左 、 右顶梁间的铰接销轴 ， 将左顶梁放下 ， 使用同样方法 将右顶梁放下。在下降过程 中顶梁容易倾倒 ， 必须 根据现场情况用手拉葫芦牵引好顶梁 ， 防止 向两侧 倾倒 。 2 将 上 、 下帮立 柱 加 长段 收 回的 同时 ， 将 立柱 缩至最短 ， 用手拉葫芦将立柱 吊起脱离底座 ， 同时按 安 装时 的逆顺 序拆 除底 座 和 中 间横 梁 ， 外 运 至 地 面 或新的安装地点。 拆除支架管路时， 必须在液压系统无压力 的情 况下进行 ， 拆卸的管路接口应加封堵处理 ， 防止杂物 进 入液 压 系统影 响工作 。 5 支架维护及 常见 故障 5 ． 1支 架维 护和 管理 1 掌握本支架液压 系统 的有关知识 ， 了解各 零部件的结构 、 规格 、 性能和作用 ， 熟练地进行维护 和检修 ， 及时排除故障， 保证支架始终在完好状态下 工作 。 2 日常维修和保养 的重点是 液压 系统 ， 结构 件一般情况下不易发生损坏 ， 液压件 的维护要坚持 井下更换、 井上拆检的原则 。养成维护保养经常化 的工作习惯 ， 确保各 连接件齐全 ， 液压元件无漏 、 滴 现象。 3 坚持维修保养制度 ， 认真做好班检 、 日检、 - 74 旬检和月检工作 ， 验证故障规律 ， 总结经验教训。 4 维护 工要提高 自身素质 ， 做到 “ 一 不准 、 二 安全 、 三配合 、 四坚持” ， 全面提高业务水平。 5 ． 2常见故 障 支架的一般结构件强度都 比普通支架有所加 强 ， 在正常情况下 ， 一般不会 发生大的故 障。但是， 支架在井下使用过程 中， 由于煤层地质条件复杂 ， 冲 击地压存在不可预测性 ， 如果在维护方面存在隐患， 则支架出现故障在所难免。因此一旦出现故障 ， 无 论大小 ， 均要及时查明原因排除， 使支架保持完好工 作状 态 。 1 结构件和连接销轴损坏。支架的结构件在 设计时强度足够 ， 出现问题的概率较小 ， 但在使用过 程 中也可能出现局部焊缝裂纹现象 ， 常出现在顶梁 柱帽和底座柱窝附近和支撑耳座四周 ， 其原因可能 是出现特殊集中受力或冲击状态， 一般采取措施 防 止焊缝扩大 ； 不能拆换的结构件 ， 待支架拆除时上井 补焊 。结 构件 间 以及液 压元件 连 接所用 的销 轴可能 会 出现磨损、 弯曲和断裂现象 ， 发现以上情况时要及 时更换 。 2 液压系统故 障。大多数情况下液压系统故 障与液压元件有着密不可分 的关 系， 如胶管和管接 头漏液 、 液压控制元件失灵 、 立柱或千斤顶不 动作 等， 因此液压系统 的维护应作 为支架维护的重点工 作来做 。 6 结语 Z D 6 4 0 0 ／ 2 7 ／ 4 2 G 型 巷 道 液 压 支 架 在 跃 进 矿 2 5 1 1 0工作面运输巷使用近 1 a ， 极大提高 了巷道 的 支护 强度 ， 在几 次大 的 冲击地压 灾 害 中 ， 保 证 了巷道 作业 人员 和设备 安全 。 近年来 ， 跃进矿通过采取多种措施 ， 不断创新防 冲工作方法和思路 ， 形成 了有跃进特 色的“ 锚 网索 3 6 U‘ 0’ 型棚 门式支架” 的“ 三级支护 、 三级让 压” 防冲系统 ， 实现 了冲击地压少发生 、 有计划诱导 发生和即使发生冲击地压也不伤人 的目标， 最大限 度地降低 了冲击地压对人员和设备造成的危害， 有 力促进了矿井的安全生产 ， 为打造科学高效矿井奠 定 了坚 实 的基 础 。 责任 编辑 秦 爱新