回风巷搬运式超前液压支架研制及应用_程骏.pdf

回风巷搬运式超前液压支架研制及应用 程骏，朱军，刘成峰 天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013 ［ 摘 要］综采工作面的快速推进对工作面端头和超前支护可靠性提出了更高要求。ZQ4000/ 20. 6/45 型搬运式超前支架支护强度高，可有效支撑顶板，避免对巷道顶板反复支撑，减缓巷道围岩 的变形。该型超前支架可实现工作面的安全开采和高产高效，在山东能源集团得到了推广和使用，对 国内同类煤矿的巷道顶板治理有参考价值。 ［ 关键词］回风巷; 搬运式; 超前支架 ［ 中图分类号］ TD355. 41［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201703- 0032- 02 Study and Application of Transportation Advance Hydraulic Support in Ventilation Roadway Cheng- jun，ZHU Jun，LIU Cheng- feng Coal Mining ＆ Designing Department，Tiandi Science ＆ Technology Co. ，Ltd. ，Beijing 100013，China Abstract High requirements of working face ends and advance support reliability were put forward under fast mining of fully mecha- nized coal mining working face． The transportation hydraulic support ZQ4000/20. 6/45 has the following characters，such as high sup- porting strength，roof could be supported effectively and then roof could be avoid supported repetition，the surrounding rock dea- tion of roadway could be decreased． Safety mining and high production and high efficiency of working face could be realized with the ad- vance support，it was promoted and applied in Shandong energy corporation，it references for similar situation in domestic. Key words ventilation roadway; transportation; advance hydraulic support ［ 收稿日期］ 2016－12－31［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 03. 010 ［ 基金项目］ 国家重点基础研究发展计划 973 计划课题 深部围岩自适应支护原理及系统创成理论 2014CB046302 ;天地科技股份有 限公司开采设计事业部生产力转化基金 搬移式超前支护系统开发研究 KJ－2015－TDKC－07 ［作者简介］ 程骏 1982－ ，男，山西晋城人，硕士，副研究员，主要从事液压支架的研发工作。 ［ 引用格式］ 程骏，朱军，刘成峰 . 回风巷搬运式超前液压支架研制及应用 ［J］． 煤矿开采，2017，22 3 32－33，36. 1概述 超前支护是综采工作面防护的重点和难点之 一。由于综采工作面设备数量增加，设备尺寸加 大，推进速度和自动化程度提高，对工作面端头和 超前支护可靠性提出了更高的要求。根据 煤矿 安全规程规定采煤工作面所有安全出口与巷 道连接处 20m 范围内，必须加强支护;综采工作 面在此范围内的巷道高度不得低于 1. 8m。 目前，我国综采工作面上、下巷支护主要采用 交替迈步式超前支架支护。大量理论研究和生产实 践表明，在巷道压力大、顶板破碎的条件下，使用 交替迈步式超前支架进行巷道超前支护，由于超前 支架工作阻力大，循环步距与工作面支架循环步距 一致，在超前支架移架过程中，支架升降反复支撑 顶板，导致超前支护段巷道顶板下沉快、易破碎， 两帮变形大，推进过程中经常发生大面积掉顶，极 易造成伤人事故。同时伴随开采深度增加，顶板破 碎程度、下沉速度和变形幅度等矿压作用逐步凸 显，开始出现 “巷道顶板压死超前支架”现象， 人工放顶、卧底等应对措施不光耗费人力、物力， 还耽误时间。超前支架撑不住、移不动，对生产带 来了极大影响。因此，迫切需要研制开发一种安全 高效且适合巷道压力大的超前支护设备。为此，研 发了支护强度高、对巷道顶板无反复支撑的搬运式 超前液压支架，以满足综采工作面回风超前支护的 要求。 2搬运式超前液压支架支护系统 2. 1布置和特点 搬运式超前支护系统主要用于综采工作面切眼 外 20m 回风巷超前支护，它的主要作用有 1搬运式超前支护系统能与巷道围岩压力 相适应，可有效支撑顶板，避免对巷道顶板反复支 撑，减缓巷道围岩的变形。 2 搬运式超前支架可适应不同形状的巷道断 面，具有良好的接顶性和保护锚杆锚索能力。 3搬运式超前支架行走依靠绞车或专用搬 运车来完成。一般工作面推进 2 个步距超前支架搬 运 1 次，可实现综采工作面快速推进，满足高产高 23 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 效的要求。 4搬运式超前支护系统无需像单体支柱那 样采用人工回柱、倒柱、支柱，大幅降低了工人劳 动强度，提高了工效，自动化程度高，生产效率 高。 图 1回风巷超前支护布置 2. 2组成及工作原理 搬运式超前支护系统由两部分组成 搬运式超 前支架、绞车。其工作原理如图 2 所示，搬运式超 前支架布置在回风巷两侧，每个搬运式超前支架顶 梁长度为 1200mm，支护长度约为 1600mm。根据 煤矿安全规程超前支护不小于 20m 要求规定， 一般布置 30 架。移 1 对并排的搬运式超前支架， 可以满足 2 个 800mm 步距，工作面可采 2 刀煤。 图 2搬运式超前支架布置 巷道宽度保证在 4600mm 以上，并排的 2 架搬 运式超前支架之间距离保证有 1500mm 以上宽度， 能够保证搬运式超前支架顺利移架。 搬运式超前支架移架过程 回风巷道超前支护 在综采工作面回采时，搬运式超前支架需从超前支 护段最后面移动到最前面，搬运过程采用绞车拉 移。具体过程如图 3 所示，首先将超前支护段最后 面一架超前支架降到支架最低高度，通过调架千斤 顶将支架从位置①移到巷道中间位置②，用绞车将 超前支架从位置②拉移到超前支护段最前面位置 ③，拉移距离约 25m 左右，再用调架千斤顶将超 前支架从位置③移到位置④，升起超前支架撑住巷 道顶板，完成 1 次工作循环。 图 3搬运式超前支架移架示意 3搬运式超前支架参数、结构特点 3. 1ZQ4000/20. 6/45 型搬运式超前支架技术参数 高度 2060 ～ 4500mm;宽度 1030mm;初撑 力 P 31. 5MPa 3092kN;工 作 阻 力 P 40. 74MPa 4000kN; 支护强度 0. 88MPa; 底板 平均比压 3. 97MPa;泵站压力 31. 5MPa; 操纵 方式 手动操纵。 3. 2ZQ4000/20. 6/45 型搬运式超前支架结构特点 ZQ4000/20. 6/45 型搬运式超前支架 图 4 由顶梁、底座、立柱、液压系统组成。主要特点 有 支护强度大、支护效果好; 避免了现有超前支 架对顶板的反复卸载破坏，保证了顶板完整性，提 高承载拱自承能力;支架顶梁的横向摆角为5， 纵向摆角为 15，以适应立柱升降的不同步和顶板 倾角的变化; 底座设有立柱的复位机构，保证支架 良好的稳定性;底座前、后和中部设有调架千斤 顶，其中前、后拉移千斤顶耳座可左右旋转 10。 图 4 ZQ4000/20. 6/45 型搬运式支架 4结论 ZQ4000/20. 6/45 型搬移式超前支架支护强度 能够满足巷道矿压要求，能够有效控制顶板下沉， 对巷道顶板没有反复支撑、护顶效果好、能有效控 制巷道变形，确保足够的行人和运输空间。支架结 构简单，性能可靠，移架快速轻便，减轻了工人繁 重的体力劳动、降低了工人劳动强度。通过解决超 下转 36 页 33 程骏等 回风巷搬运式超前液压支架研制及应用2017 年第 3 期 ChaoXing 斤顶时，必须保证二级护帮千斤顶保持在伸出状 态，所以二级护帮千斤顶液控双向阀需并联交替双 向控制阀，而收一级护帮千斤顶同时要求三级护帮 千斤顶首先收回，以防一级护帮收回时，三级护帮 板在伸出位置，导致三级护帮板与支架立柱及顶梁 干涉，所以在一级护帮千斤顶上腔供液千斤顶收回 的液路上设计有单向顺序阀及交替单向阀，最终设 计三级护帮机构液压系统控制原理如图 9 所示。 图 9三级护帮机构液压控制原理 由图 9 可知，当支架液压控制系统向一级护帮 千斤顶下腔供液一级护帮伸出时，工作液通过交替 双向控制阀向二级护帮千斤顶上下腔同时供液，二 级护帮保持伸出状态，直到二级护帮板完全贴合煤 壁。当操作换向阀使液压控制系统向一级护帮千斤 顶上腔供液要使一级护帮收回时，工作液首先通过 交替单向阀向三级护帮千斤顶上腔 活塞杆腔 供液，保证三级护帮收回操作，当三级护帮完全收 回并使三级护帮千斤顶上腔达到控制系统压力时， 工作液打开单向顺序阀向一级护帮千斤顶上腔供 液，同时工作液也通过交替双向控制阀向二级护帮 千斤顶上下腔供液，使二级护帮保持在伸出状态， 一级护帮带动三级护帮机构安全收回。 3结束语 本文对超大采高综采工作面护帮结构形式、动 作顺序、控制原理进行了分析，确定了合理的护帮 结构、护帮长度和动作顺序，解决了超大采高工作 面护帮板设计难题，为类似问题的解决提供参考。 目前，此三级护帮结构已在陕煤红柳林煤矿、兖矿 集团金鸡滩煤矿大采高液压支架得到应用，护帮效 果明显。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 张银亮，刘俊峰，庞义辉，等 . 液压支架护帮机构防片帮效 果分析 ［J］． 煤炭学报，2011，36 4 691－695. ［ 2］ 尹希文，闫少宏，安宇． 大采高综采面煤壁片帮特征分析与 应用 ［J］． 采矿与安全工程学报，2008，25 2 222－225. ［ 3］ 秦艳华． 液压支架护帮装置的结构形式与选型分析 ［J］． 煤矿 机械，2014，35 12 185－187. ［ 4］ 张银亮，赵军 . 国产大采高液压支架的研究现状与发展趋 势 ［J］． 煤矿开采，2008，13 6 1－3. ［ 5］ 弓培林，靳钟铭 . 大采高采场覆岩结构特征及运动规律研究 ［J］． 煤炭学报，2004，29 1 7－11. ［ 6］ 王建树，黄炳香，魏民涛 . 极软突出厚煤层大采高综采片帮 冒顶防治技术 ［J］． 煤炭科学技术，2007，35 11 64－68. ［ 7］ 王家臣 . 极软厚煤层煤壁片帮与防治机理 ［J］． 煤炭学报， 2007，32 8 785－788. ［ 8］ 郝海金，吴健，张勇，等 . 大采高开采上位岩层平衡结 果及其对采场矿压显现的影响 ［J］． 煤炭学报，2004，29 2 137－141. ［责任编辑 徐亚军］ 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 33 页 前支架的支护问题，实现工作面的安全开采和高产 高效。 搬运式超前支架在山东能源集团新巨龙煤矿、 唐口煤矿、新河煤矿得到了推广和使用，效果较 好，对国内同类煤矿的巷道顶板治理有一定的参考 价值。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 王国法． 液压支架技术 ［ M］ ． 北京 煤炭工业出版社，1999. ［ 2］ 陶驰东． 采掘机械 ［ M］ ． 北京 煤炭工业出版社，1993. ［ 3］ 付荣． 超前支护液压支架的研制及应用 ［J］ ． 煤矿开采， 2007，12 5 93－94. ［ 4］ 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. ［ 5］ 吕品． 运输巷 ZZX14000/20/29 型超前支架的研制 ［J］． 煤 炭工程，2013，1 1 117－119. ［ 6］ 刘金生 . 巷道液压支架的开发使用 ［J］． 煤矿开采，2000，41 4 48－49. ［ 7］ 梁杨宝 . 回采工作面安全生产的探讨 ［J］． 科技情报开发与 经济，2003，13 10 273，290. ［ 8］ 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，2004，21 3 15－16. ［ 9］ 李莉 . 综采顺槽超前液压支架应用现状和发展趋势 ［J］． 科技创新与生产力，2015 3 53－54. ［ 10］ 高伟明 . 较薄煤层综采工作面端头及顺槽支架的研制与应用 ［J］． 煤矿现代化，2010 3 60－61. ［责任编辑 徐亚军］ 63 总第 136 期煤矿开采2017 年第 3 期 ChaoXing