煤矿掘进面临时支护液压支架设计方案_刘剑.pdf

开开采采技技术术与与装装备备 煤矿掘进面临时支护液压支架设计方案 刘剑 天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013 ［ 摘 要］针对目前煤矿巷道掘进过程中掘进与永久支护工作交替穿插且速度不平衡而导致影 响掘进机工作效率的这一现状，设计了一种用于巷道掘进临时支护的液压支架组。该支架组由多个支 架单元组成，以龙门式结构跨骑于巷道内的设备上，通过单轨吊运输实现各支架单元自后向前随掘进 机循环前进，实现掘进与临时支护平行作业，将掘进工作与永久支护工作分离，以此提高巷道掘进的 效率与安全性。 ［ 关键词］掘进面临时支护; 液压支架; 工作原理 ［ 中图分类号］ TD355. 41［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201706- 0020- 02 Designing Scheme of Hydraulic Support of Tunneling Face Temporary Support of Coal Mine LIU Jian Coal Mining ＆ Designing Department，Tiandi Science ＆ Technology Co. ，Ltd. ，Beijing 100013，China Abstract To the problems that working efficient of tunneler influenced by tunneling and permanent supporting cross- impact and unbal- ance speed during roadway driving in coal mine，then hydraulic support group was designed for roadway driving temporary support- ing. The support group was composed by many support elements，it appeared as gantry structure layout on equipment of roadway，and every support element move forward with tunneler forward according monorail system transportation，parallel working of tunneling and temporarily were realized，and driving and perpetual support would be separated，so efficiency and safety of roadway driving could be improved. Key words tunneling face temporary support; hydraulic support; working principle ［收稿日期］ 2017－08－01［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 06. 005 ［基金项目］ 国家重点研发计划 2017YFC0804305 工作面智能化超前支护装备及辅助作业平台 ［作者简介］ 刘剑 1988－ ，男，河北邢台人，助理研究员，硕士，主要从事采煤工作面液压支架设计。 ［引用格式］ 刘剑 . 煤矿掘进面临时支护液压支架设计方案 ［J］． 煤矿开采，2017，22 6 20－21，28. 巷道的机械化快速掘进和支护随着掘进工作面 范围的日益加大与生产能力和推进速度的提高，已 经成为影响矿井高产高效、安全生产的重要问题。 由于我国矿井的围岩结构复杂多样，巷道支护形式 也是多种多样，有锚杆、锚梁、锚网、锚索或锚柱 甚至还要加金属棚等多种方式，属于主动的永久支 护方式。我国综掘工作面长期以来没有采用临时支 护设施，大部分井下掘进工艺的现状一般为掘进机 掘进一段距离后停机，工人携锚网、锚杆、锚索及 钻机等物料设备进入前端，进行铺设锚网、打锚 杆、锚索等永久支护作业。高度机械化的掘进机掘 进只需 3～5min，而人工进行永久支护工作则需要 20min 甚至更长，掘进机的开机率仅有 25左右， 这成为制约掘进机生产效率的主要原因。 本文提出一种在煤矿煤巷掘进中应用的临时支 架的设计思路，通过将掘、锚工作分离来解决掘进 工作中由于掘、锚速度失衡而影响掘进效率的问 题，在提高巷道掘进速度的同时也增强了永久支护 作业的安全性。 1支架单元 1. 1支架结构 支架由顶梁、伸缩顶梁、辅助顶梁、移架座、 轨道滑轮、护帮板、连接板、立柱、伸缩油缸、辅 助伸缩油缸、护帮油缸等部分组成。顶梁中部有隔 板将箱体分为左、右 2 个箱，箱内有 2 道筋板，将 其又分为前、中、后 3 个箱。顶梁下部装有滑轮来 悬挂单轨吊，滑轮在顶梁下部可向左右实现一定的 偏移量，以便移架时轨道对正。伸缩顶梁包覆在顶 梁外，通过伸缩油缸可相对于顶梁左右滑动，立柱 安装在伸缩顶梁两侧。辅助顶梁嵌在顶梁隔板左、 右两侧的箱体内，通过辅助伸缩油缸可相对于顶梁 左右滑动，移架座顶端固定在辅助顶梁下。护帮油 缸连接顶梁和护帮板。连接板一端与护帮板铰接， 另一端与支撑立柱铰接。具体结构如图 1 所示。 1. 2支架的展开与收缩 支架对巷道起支护作用时为展开状态，支架通 过轨道运输过程中为收缩状态，如图 2 所示。 02 第 22 卷 第 6 期 总第 139 期 2017 年 12 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 6 Series No. 139 December2017 ChaoXing 1顶梁; 2伸缩顶梁; 3辅助顶梁; 4移架座; 5轨道滑轮; 6轨道; 7护帮板; 8连接板; 9辅助伸缩油缸; 10伸缩油缸; 11立柱; 12护帮油缸 图 1支架单元结构 图 2支架的展开状态 左 与收缩状态 右示意 支架从展开状态到收缩状态共有 3 个步骤 1收缩支架辅助伸缩油缸带动辅助伸缩顶 梁向顶梁中间滑动至指定位置，同时带动移架座向 支架中间移动。 2收缩立柱和护帮油缸，使顶梁下降与顶 板分离，移架座也同时下降，由移架座下降到底部 接触巷道底板时支撑架体，立柱与底板分离。 3调节伸缩油缸和护帮油缸，带动伸缩顶 梁向顶梁中间收缩，完成支架收缩过程。 从收缩状态到展开状态分以下 3 个步骤 1调节伸缩油缸和护帮油缸，带动 2 个伸 缩顶梁由顶梁中间向左右两侧滑动至指定位置。 2调节立柱和护帮油缸，立柱支撑架体， 直至顶梁和护帮板支护巷道顶板和侧帮。 3调节辅助伸缩油缸，带动辅助伸缩顶梁 滑动至顶梁两侧，即完成支架的展开过程。 2支架工作组的工作原理 将支架组布置在掘进巷道内，支架单元全部为 展开状态，横跨在巷道内的掘进机等设备上方，以 顶梁和护帮板支护巷道的顶板和两帮。 将单轨吊轨道向前端滑移，错开支架组末端支 架顶梁，将末端支架收缩后将锚网等永久支护材料 铺设在收缩状态下支架的顶梁上，轨道重新拉回并 将收缩后的支架吊起，沿轨道滑移运送至支架组前 端。期间掘进机正常工作，掘进一段距离后，单轨 吊轨道伸出，将末端支架滑移至支架组前端卸下， 轨道再次后拉错开支架顶梁，最后将支架重新展 开，支护新掘进出的顶板和侧帮。如图 3 所示。 1前端支架; 2运送至前端的末端支架; 3掘进机 图 3支架组 重复上述过程，可实现掘进机连续作业的同时 临时支护新掘巷道的顶板及侧帮。临时支架顶梁上 有开孔，打锚杆、锚索等永久支护作业可在掘进机 后的临时支架下方与掘进同步进行。 3结束语 本文设计的掘进巷道临时支护液压支架可实现 掘进与永久支护同步进行，使掘进机可以进行长距 离的连续工作。以临时支护设备支护新掘巷道，工 人可在临时支护设备下进行永久支护工作，较大程 度上提高掘进机的开机率和工作效率，同时也提高 了工人进行永久支护作业的安全性。另外，和一些 其他移步式的临时支护支架相比，将巷道末端支架 循环前移至巷道前端，令巷道顶板只接受一次支护 的冲击，可以有效地避免支架对顶板的反复支撑而 导致顶板破碎。 下转 28 页 12 刘剑 煤矿掘进面临时支护液压支架设计方案2017 年第 6 期 ChaoXing 位置，采用 “四压两戗”固定;选用 38mm 型钢 丝绳 70m，用于支架的拉出和调向。 22 号 JH－30T 绞车安装在工作面上端头 绞车硐室内，采用 “地锚”固定，选用 38mm 型 钢丝绳 130m，用于支架调向、拖运等。 3. 2液压支架撤除 1首先在撤除的机头处支设木垛支护 1 号 过渡支架以下的空顶，保证顶板稳定。 2用 1 号绞车通过固定在工作面煤壁的导 向轮依次拉出 1 号、2 号、3 号支架并调向，按从 采空区到煤壁的顺序依次排列作为撤除工作面支架 的掩护架，以防止撤除其他支架时顶板漏冒埋架; 拉出 1 号、2 号、3 号的同时，在支架原位置支设 “”字形木垛，防止下端头顶板冒落影响工作面 通风。 3然后依次撤除 4 号及以上支架，最后撤 除 1 号、2 号、3 号支架。绞车布置及支架回撤如 图 2 所示。 图 2绞车布置及支架回撤 3. 3液压支架运输 液压支架采用 WC50E 无轨胶轮车作为搬运车 进行运输，搬运车沿工作面铺设的铁板通道，倒车 至所装支架处，将支架置于搬运车套装支架的框架 中心，支架顶梁朝前缩回推移油缸，将吊索卡具卡 入支架底座起吊眼内伸出起吊油缸使支架吊离地面 300mm，然后前行运走。 4结论 针对浅埋深薄基岩 “三软”易自燃煤层综放 工作面大吨位液压支架撤除存在防火困难、运输困 难、大跨度撤除通道难以支护等情况，对撤除方案 进行了细致的研究和论证，采用 “锚杆锚索”联 合支护，架设工字钢梁补强支护，保证撤除通道顶 板安全; 采用双层菱形网间夹铺阻燃土工布封闭， 防止向采空区漏风，防止了采空区遗煤自燃; 采用 撤除通道铺设铁板、大载重支架搬运车直接进入工 作面进行装车，避免了支架拆解，实现整架快速运 输，用时 10d 安全完成了面长 120m 工作面支架撤 除，对类似条件矿井工作面撤除具有深远的指导意 义。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 续文峰，张京超 . 浅埋深软岩大断面切眼扩宽及大吨位液压 支架整体安装实践 ［J］． 煤矿开采，2016，21 1 53－55. ［ 2］ 刘光木，张京超，续文峰，等 . 新疆伊宁矿区特殊地质条件 液压支架选型研究 ［J］． 中国煤炭，2014，40 2 67－70， 79. ［ 3］ 张海洋，孙利辉 . 深井高应力软岩巷道让均压加固技术研究 ［J］． 煤炭工程，2012 11 20－22，25. ［ 4］ 王书刚 . 让均压支护技术在深井高应力软岩巷道中的应用 ［J］． 山东煤炭科技，2014 4 63－65，68. ［责任编辑 邹正立］ 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 21 页 ［ 参考文献］ ［ 1］ 孟国营，时剑文，汪爱明，等 . 掘进巷道可收缩式临时支架 ［P］． 中国专利 0262389. 1，2016－11－30. ［ 2］ 曾石清，刘相寿，黄志彬 . 掘进工作面临时支护问题探讨 ［J］． 能源技术与管理，2004 3 29－30. ［ 3］ 张米焕 . 使用临时支护提高机掘单进水平 ［J］ ． 山西焦煤科 技，2004 9 43－44. ［ 4］ 王峰 . 液压掩护式支架在机械化掘进巷道中的使用研究 ［J］． 科技创业家，2011 11 55－56. ［ 5］ 符大利，唐恩贤，袁建平，等 . 掘进工作面超前支护装置 ［J］． 煤矿安全，2012，43 9 86－88. ［ 6］ 赵学社 . 煤矿高效掘进技术现状与发展趋势 ［J］． 煤炭科学 技术，2007，35 4 71－72. ［ 7］ 杨宗义，符大利 . 回采巷道快速掘进技术研究与应用 ［J］． 中国煤炭工业，2012 1 52－53. ［ 8］ 刘洋 . 交错式掘进超前支护装置在进风顺槽的应用 ［J］． 陕西煤炭，2013，32 1 58－59. ［ 9］ 王新尹 . 综掘工作面围岩控制支护技术与装备试验成功 ［N］． 中国煤炭报，2012－9－28. ［ 10］ 胡林 . 综掘临时支护技术的研究与应用 ［J］． 煤炭科学技 术，2008，36 6 9－11.［责任编辑 徐亚军］ 82 总第 139 期煤矿开采2017 年第 6 期 ChaoXing