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超前液压支架在综采工作面的应用 王强 皖北煤电集团公司 恒源股份机械总厂，安徽 宿州 234000 ［ 摘 要］针对钱营孜煤矿综采工作面机巷顶板倾角大、转载机外形宽等条件，左右两列交替 迈步前移式支架已不能满足机巷超前支护要求，进而研发了宽体横向顶梁可上下摆动的架型，该架型 满足了倾斜顶板巷道和矩形巷道的超前支护需要，支护过程有效避免了与转载机的干涉，为两巷实现 机械化及自动化超前支护奠定了坚实基础，取得了巷道支护技术新突破，具有较高的经济效益和社会 效益。 ［ 关键词］超前液压支架; 超前支护; 机械化 ［ 中图分类号］ TD355. 42［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 201703- 0030- 02 Application of Roadway Advanced Hydraulic Support in Fully Mechanized Coal Mining ［ 收稿日期］ 2016－10－21［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 03. 009 ［ 作者简介］ 王强 1976－ ，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，主要从事煤矿机电技术工作。 ［ 引用格式］ 王强 . 超前液压支架在综采工作面的应用 ［J］． 煤矿开采，2017，22 3 30－31. 以单体液压支柱配合金属铰接顶梁是以往综采 工作面两巷超前支护最为常用的支护形式 ［1－5 ］，对 于巷道断面小、两巷压力不大的巷道，该超前支护 形式基本满足生产需要，但单体液压支柱配合金属 铰接顶梁的支护方式存在安全性差及工人劳动强度 大等弊端，同时该支护方式还存在支护强度低、支 护速度慢、容易扎底、移动困难和投入成本高等缺 点 ［6－8 ］。巷道超前支护液压支架从设计源头克服了 以上缺点，为两巷实现机械化及自动化超前支护奠 定了基础，是综采工作面两巷超前支护形式的变 革。针对钱营孜煤矿综采工作面两巷的特点，选用 合理的巷道超前支护液压支架，对于提高综采工作 面生产效率，降低劳动强度及减少安全事故都有着 重要意义。 1巷道超前支护液压支架的架型选择 钱营孜煤矿主要可采煤层属于典型的 “三软” 煤层，煤层软、顶底板岩性差，顶板角度大，在巷 道超前支护液压支架的选型方面钱营孜煤矿配合设 计院所做了较为全面的调研和论证。 1. 1架型介绍 目前巷道超前支护液压支架的架型主要有以下 几种 1左右两列交替迈步前移式支架，左、右 两架成一组使用，机、风巷均可使用。 2宽体横向顶梁可上下摆动架型，可适应 多种巷道断面，多用于机巷，如图 1 所示。 3宽体顺向顶梁可四外伸展支护架型，多 图 1可上下摆动架型 用于断面较大、条件较好的风巷。 4横向多列整架由后向前大循环移架架型， 多用于矿压较大、顶板破碎的风巷。 5整体框架顺向交替支护特殊巷道超前支 护架型，多用于断面较大、条件较好的机巷。 1. 2架型选择 钱营孜煤矿 32煤顶板直接顶以深灰色泥岩为 主，平均厚约 1. 02m，局部地段为深灰色粉砂岩; 局部地段有伪顶泥岩，厚约 0～1m 左右; 基本顶为 泥岩或粉细砂岩; 32煤直接底为一层泥岩，平均厚 约 1. 54m;基本底为粉砂岩，局部为细砂岩或泥 岩。风巷宽度 4. 2m，机巷宽度 4. 8m。根据钱营孜 煤矿巷道具体情况，结合巷道超前支护液压支架结 构特点，风巷选用左右两列交替迈步前移式支架; 因刮板输送机采用交叉侧卸卸载方式，转载机宽度 较大，因此选用宽体横向顶梁可上下摆动架型。 2巷道超前支护液压支架的主要参数与特点 鉴于左右两列交替迈步前移式超前支护液压支 架应用较为普遍，本文主要介绍机巷用宽体横向顶 03 第 22 卷 第 3 期 总第 136 期 2017 年 6 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 3 Series No. 136 June2017 ChaoXing 梁可上下摆动架型超前支架，其外形如图 2 所示。 图 2机巷用宽体横向顶梁可上下摆动超前支架外形 2. 1支架主要技术参数 表 1 为支撑掩护式支架主要技术参数。 表 1支撑掩护式支架主要技术参数 项目参数 支撑高度/m2. 5～3. 5 底座宽度/m 1. 6 初撑力 P31. 5MPa/kN3956 工作阻力 P35. 0MPa/kN6400 支护强度/MPa0. 374 泵站压力/MPa31. 5 操作方式本架操作 2. 2支架主要特点 该型支架在机巷横向布置，顶梁可上、下摆 动，4 架连成一组使用; 前、后架底座间通过连接 头、移架千斤顶相连，推前架移后架。其主要特 点 1宽体横向顶梁可上下摆动架型支护空间 较大，有效地解决了交叉侧卸式转载机对支护空间 的要求，避免了超前支护液压支架与转载机的干 涉。 2底座为宽体底座，底板比压较小;顶梁 为宽体顶梁，护顶面积大。 3顶梁结构可适应多种形式巷道断面;如 矩形巷道、拱形巷道、异形巷道等。 4支架采用伸缩套筒式稳定机构，单架长 度小，对走向起伏变化的适应能力强。 5行人和操作空间均在架内，增加行人和 操作人员的安全性。 3巷道超前支护液压支架在井下使用情况 钱营孜煤矿综采面机、风两巷所用巷道超前支 护液压支架在井下应用情况良好，主要体现在 1在综采工作面顶板周期来压过程中，巷 道超前支护液压支架实现了对巷道顶板的有效支 撑，保证工作面的安全生产。 2两巷采用超前支护液压支架支护，巷道 在超前采动压力作用下，其围岩变形量在允许范围 内处于稳定状态，对巷道两帮及顶底板的移近量最 大值进行测量均符合生产要求。 3机巷超前支架能与转载机、端头支架合 理配套，并能有效地保证巷道超前特种支护段作业 人员和设备的安全。 4支架通过移架千斤顶连接，依靠前后支 架互为支点，随着综采工作面的推进，可以向前快 速推移，满足了安全高效工作面的生产要求。 5支架的顶梁、底座、护壁板等可根据巷 道断面形状进行相应的调节，具有良好的接顶性能 和护顶能力。 机巷用超前支护液压支架随后期巷道高度增加 和原倾斜顶板锚带网支护改为矩形两上角圆弧过渡 U 型钢梁支护等变动情况进行了 2 次改进。 1将支架最大支撑高度由 3. 5m 增加到 3. 8m，采用双伸缩后立柱和伸缩套将支架最低支 撑高度由 2. 5m 降低到 2. 3m，扩大了支架的高度 适用范围。 2移架千斤顶缸径和杆径由原 140/85 加 大到 160/105，增大了推力和拉力。 3前立柱在顶梁铰点位置前移，增强支架 对煤帮侧支护效果; 同时将顶梁长度缩短，取消后 部伸缩梁和挡板，以适应巷道断面变化。 机巷用超前支护支架上述 2 次改进效果良好， 适应了巷道变化，改善了支架性能。另外在沿空留 巷巷道，机巷采用 U 型棚支护的特殊情况下，仍 使用该型支架，在第 3，4 支架之间拆掉 U 型棚钢 梁，顺利完成与端头液压支架及工作面处平面顶板 的过渡与搭接。布置如图 3 所示。 图 3整体布置 4结束语 随着我国大多数矿井采深的增加，地压明显增 下转 27 页 13 王强 超前液压支架在综采工作面的应用2017 年第 3 期 ChaoXing 异常升高，则表明面后遗煤出现自燃前兆现象的可 能性增大。从图中亦可看出，101 工作面回风流 CO 与回风隅角 CO 变化与推采距离有一定关联性， 在工作面推采至 200m 时回风流 CO 达到最大值， 为 2310 －6 ，随后出现下降。 图 6工作面硫化氢涌出量与推采距离关系 4结论 1工作面微震事件数目、能量变化受推进 距离影响明显。通过微震数据总结分析可得出结 论，101 工作面在保持采高 3. 5m 不变的前提下， 日推采速度不超过 5m 可保证工作面安全推采，在 放煤情况下的合理推采速度仍有待进一步确定。 2101 工作面涌水量一直随工作面推进距离 增加而增大。 3工作面 H2S 浓度整体呈现上升趋势，由 2. 610 －6 增大至 4. 310 －6 ，分析为面后垮落造成 H2S 释放引起浓度升高。回风流 CO 与回风隅角 CO变化有一定关联性， 在推采至200m时回风流 CO 达到最大值，为 2310 －6 ，随后出现下降。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 何江，窦林名，贺 虎，等 . 综放面覆岩运动诱发冲击矿 压机制研究 ［J］． 岩石力学与工程学报，2011，30 S2 3920－3927. ［ 2］ 刘虎，李民 . 深部矿井条带煤柱稳定性监测及变化规律 分析 ［J］． 煤炭科学技术，2010，38 9 30－33. ［ 3］ 刘虎，李振中 . 千米深井围岩松动圈范围的研究 ［J］． 山 东煤炭科技，2011 1 120－121. ［ 4］ 林青，乔伟 . 崔木煤矿顶板离层水防治技术 ［J］． 煤炭 科学技术，2016，44 3 129－134. ［ 5］ 张勇，田刚军 . 崔木煤矿综放开采顶板涌突水机理研究 ［J］． 陕西煤炭，2015，34 5 12－14. ［ 6］ 刘志刚，李锦秀，张贵银 . 深部冲击危险性特厚煤层开采技 术研究 ［J］． 煤炭技术，2015，34 10 26－28. ［ 7］ 鞠文君，李文洲 . 急倾斜特厚煤层水平分段开采老顶断裂力 学模型 ［J］． 煤炭学报，2008，33 6 606－608. ［ 8］ 许延春，李俊成，刘世奇，等 . 综放开采覆岩 “两带”高度 的计算公式及适用性分析 ［J］． 煤矿开采，2011，16 2 4 －7. ［ 9］ 邵昌尧，刘志刚 . 深部大采高综采工作面微震活动规律多因 素分析 ［J］． 山东理工大学学报 自然科学版 ，2015 2 76－78. ［ 10］ 邹德蕴，姜福兴 . 煤岩体中储存能量与冲击地压孕育机理及 预测方法的研究 ［J］． 煤炭学报，2004，29 2 159－163. ［ 11］ 杜涛涛 . 基于微震监测的综放工作面覆岩 “两带”高度确定 ［J］． 煤矿开采，2016，21 5 79－82，74. ［ 12］ 刘志刚 . 基于声发射原理的冲击地压监测装备研究及应用 ［D］． 青岛 山东科技大学，2011.［责任编辑 潘俊锋］ 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 上接 31 页 大，综采工作面两巷超前压力越来越显现，巷道超 前支护液压支架已基本解决了两巷超前支护要求， 但针对不同的煤层赋存条件、巷道断面及机巷设备 配置等因素又对巷道超前支护液压支架提出越来越 高的要求。 本文主要介绍了宽体横向顶梁可上下摆动型超 前支架在钱营孜煤矿应用的实例，该型超前支架是 根据钱营孜煤矿综采工作面机巷特殊条件所研制， 实际使用效果达到了设计预期。该型巷道超前支护 液压支架在机巷断面、角度较大，转载机尺寸较宽 的综采工作面具有较高的推广价值。 宽体横向顶梁可上下摆动型超前支架虽然解决 了特殊条件下机巷超前支护要求，但仍未解决 “U”型棚支护巷道替棚难度大的问题，下一步在 设备改进过程中需对 “U”型棚替棚方面进行研 究。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 倪兴华，苗素军，杨永杰，等 . 综放工作面端头及顺槽超前 液压支架支护技术 ［M］． 北京 煤炭工业出版社，2008. ［ 2］ 王国法 . 放顶煤液压支架与综采放顶煤技术 ［M］． 北京煤 炭工业出版社，2010. ［ 3］ 徐亚民 . 付村煤矿综放工作面回采巷道超前支架支护实践 ［J］． 煤炭科学技术，2010，38 7 35－37. ［ 4］ 王朗朗，刘混举 . 兖州矿区综放面端头及两巷超前液压支架 研制与应用 ［J］． 煤矿机械，2014，35 5 10－12. ［ 5］ 罗文 . 工作面顺槽超前液压支架的研制及应用 ［J］． 煤炭 工程，2009，41 11 98－99. ［ 6］ 张崇宏 . 兖州矿区综放面端头及两巷超前液压支架研制与应 用 ［J］． 煤矿开采，2010，15 3 80－81. ［ 7］ 乔中栋，李海宁 . 一种新型综放 采 工作面端头液压支架 ［J］． 煤矿开采，2006，11 3 31－33. ［ 8］ 郑旭鹤 . ZTC 超前液压支架在大采高综采工作面中的应用 ［J］． 煤炭与化工，2013，36 8 68－69. ［责任编辑 徐亚军］ 72 刘虎等 深部矿井工作面开采与灾害耦合关系分析2017 年第 3 期 ChaoXing