張輝顧峰
(淮北礦業(yè)集團(tuán)公司桃園煤礦 安徽 宿州 234116)
桃園煤礦中組煤層(7煤、8煤)地質(zhì)條件較差,斷層、褶曲較為發(fā)育,煤層傾角較大,平均都在25°以上,局部達(dá)到38°,頂、底板均為泥巖,頂板破碎且頂板砂巖裂隙水和底板灰?guī)r水一旦進(jìn)入工作面,造成底板泥巖見(jiàn)水膨脹,煤層硬度(f)一般為3。
中組煤三軟煤層的特點(diǎn)給工作面管理帶來(lái)很大的困難,兩巷超前壓力顯現(xiàn)明顯。因此,為提高中組煤巷道支護(hù)質(zhì)量,桃園煤礦通過(guò)近幾年摸索和實(shí)踐,在中組煤工作面兩巷采用U型棚支護(hù)技術(shù),并在局部巷道壓力大地段,采用錨索梁補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),減小工作面回采動(dòng)壓對(duì)超前巷道的支護(hù)破壞,但在工作面回采的過(guò)程中,兩巷超前40m礦壓顯現(xiàn)還是非常明顯,給超前抹帽替棚和超前支護(hù)帶來(lái)困難,造成超前巷道斷面小,往往采區(qū)要投入大量的人力、物力來(lái)滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要。
為提高采煤工作面工作效率、減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,減小超前壓力帶來(lái)的安全威脅,實(shí)現(xiàn)工作面安全回采,桃園煤礦與沈陽(yáng)天安礦山機(jī)械科技有限公司共同研究開(kāi)發(fā)端頭及超前支架,來(lái)支護(hù)工作面下端頭及超前巷道頂板。工程技術(shù)人員結(jié)合中組煤層的復(fù)雜地質(zhì)條件,根據(jù)巷道施工斷面及支護(hù)方式等技術(shù)參數(shù),選擇ZTZ21000/17/32型端頭支架及ZTZ2×3600/16/32超前支架對(duì)工作面機(jī)巷進(jìn)行超前管理,并在安裝及使用過(guò)程中,對(duì)支架原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了局部修改、完善,使之更加適應(yīng)我礦中組煤特殊的地質(zhì)環(huán)境。
工作面機(jī)巷條件與支架的適應(yīng)條件進(jìn)行對(duì)比分析
支撐掩護(hù)式端頭及超前支架總長(zhǎng)36m,主要功能是維護(hù)好巷道和回采工作面端頭處的頂板,協(xié)調(diào)該處排頭支架、工作面運(yùn)輸機(jī)、順槽轉(zhuǎn)載機(jī)的設(shè)備之間的位置和配套關(guān)系,除端頭支架能自移外,要為轉(zhuǎn)載機(jī)和運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭的移動(dòng)提供動(dòng)力。端頭及超前支架的本身具有防倒、調(diào)架或適應(yīng)工作面傾角變化的能力,能做到前梁伸入巷道,起一定的超前支護(hù)作用。
端頭支架主要有前梁、左右順梁、左右頂梁組體、左右掩護(hù)梁、前聯(lián)桿、后聯(lián)桿、左右前底座、左右后底座及推移座等部件所組成。該支架的頂梁是由前梁和主梁鉸接而成的,前梁較長(zhǎng),由前排立柱支撐,承受巷道頂板壓力,減小頂板的下沉量,有效地維護(hù)巷道的頂板。
端頭支架用于支護(hù)工作面下出口處頂板,以及隔離采空區(qū),防止矸石進(jìn)入工作區(qū)間,并能自動(dòng)前移。該支架每組由兩架結(jié)構(gòu)相同的支撐掩護(hù)式支架組成,兩架支架并列布置。端頭支架在工作過(guò)程中具備“升、降、推、移”四個(gè)基本動(dòng)作,這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的液壓缸體來(lái)實(shí)現(xiàn)完成的。
端頭支架設(shè)計(jì)時(shí),一方面根據(jù)原始條件,另一方面要滿(mǎn)足使用上的要求,具體要求如下:
1)能有效地支控端頭頂板,做到安全可靠;
2)有足夠的工作空間,便于行人和通風(fēng),并且能滿(mǎn)足采煤機(jī)自開(kāi)缺口的要求;
3)有可靠的推移機(jī)構(gòu),有足夠的推移力;
4)能便于順槽棚子的回收工作;
5)操作臺(tái)必須設(shè)置在安全地點(diǎn),并且便于操作。
超前支架的結(jié)構(gòu)及工作原理與端頭支架相同,這里不再說(shuō)明。
桃園煤礦中組煤為三軟煤層,地壓顯現(xiàn)劇烈,巷道在設(shè)計(jì)時(shí)斷面相對(duì)較??;在回采北二采區(qū)的及南三7煤工作面時(shí),兩巷的超前管理嚴(yán)重制約著工作面的安全高效回采,機(jī)風(fēng)巷超前40米范圍的支護(hù)棚變形嚴(yán)重,抹帽替棚十分的困難,通風(fēng)斷面小,行人、通風(fēng)不暢。
為確保綜采工作面端頭及超前支架能夠在中組煤巷道內(nèi)正常使用,端頭及超前支架到礦后,針對(duì)7135工作面機(jī)巷支護(hù)及設(shè)備的實(shí)際情況,結(jié)合端頭支架的結(jié)構(gòu)及性能,對(duì)機(jī)巷內(nèi)的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行了調(diào)整,并對(duì)端頭支架推移裝置進(jìn)行改進(jìn),確保巷道壓力增大時(shí)造成斷面小時(shí),能夠安全順利拉移支架。
端頭支架為兩架一組,兩架對(duì)稱(chēng)布置,與工作面及過(guò)渡支架配套使用,后部采用四連桿機(jī)構(gòu),高度變化小,轉(zhuǎn)載機(jī)布置在兩組支架中間,兩組支架底座前各設(shè)置兩個(gè)內(nèi)徑為Ф230mm的浮動(dòng)活塞千斤頂,與轉(zhuǎn)載機(jī)的推移座連接,用來(lái)推移轉(zhuǎn)載機(jī)、拉移端頭支架(端頭支架拉移時(shí),借助轉(zhuǎn)載破碎機(jī)自身的重量)。端頭支架結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)巷順槽設(shè)備要求:工作面運(yùn)輸機(jī)→機(jī)巷轉(zhuǎn)載機(jī)→機(jī)巷皮帶機(jī),由于安裝轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)后,由于體積較大,對(duì)巷道尺寸要求較大,但中組煤巷道斷面在設(shè)計(jì)和實(shí)際回采時(shí)都很難得到保證,為了支架有足夠的拉降空間,對(duì)運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,增加一部代替轉(zhuǎn)載破碎機(jī)40T鏈板機(jī),將轉(zhuǎn)載破碎機(jī)安裝在機(jī)巷外段,煤炭運(yùn)輸路線為:工作面運(yùn)輸機(jī)→40T鏈板機(jī)→皮帶機(jī)→轉(zhuǎn)載破碎機(jī)→皮帶機(jī)→采區(qū)大眼。使用40T鏈板機(jī)后,鏈板機(jī)的自身重量不能夠滿(mǎn)足端頭支架的移動(dòng),這就需要改造端頭支架的支撐和推移點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效拉架。
推移底座改造示意圖(俯視)
底座改造焊接處放大示意圖(側(cè)視)
推移裝置的改進(jìn)。采用40T鏈板機(jī)運(yùn)輸,轉(zhuǎn)載機(jī)與支架的連接塊要去掉,端頭支架通過(guò)特殊加工的連接塊與超前支架連接。1)先加工鑄造好兩塊整體的連接塊,連接塊與支架底座的接觸面要留有一定的斜面;2)要將支架底座原有的與轉(zhuǎn)載破碎機(jī)連接處進(jìn)行切割,要確保切割面與連接塊相吻合;3)將鑄造好的連接塊與支架底座切割面進(jìn)行對(duì)接,在確保接觸面能夠完全吻合時(shí),再使用焊接工藝將連接塊與支架底座焊接成一整體;4)連接塊與支架底座焊接后,為防止在使用過(guò)程中焊接點(diǎn)處脫焊,使用15mm厚鋼板再焊接點(diǎn)處補(bǔ)焊,以加固焊接點(diǎn)的穩(wěn)定性。
2012年8 月份,經(jīng)過(guò)四個(gè)月的試用,此套設(shè)備的缺陷逐漸顯現(xiàn)出來(lái):1)由于支架長(zhǎng)度有六組,錯(cuò)步拉移速度慢;2)端頭支架上側(cè)板低,造成鏈板機(jī)與運(yùn)輸機(jī)的搭接不合理,運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭吐煤不暢,運(yùn)輸機(jī)一旦退縮到切眼內(nèi),與鏈板機(jī)的距離加大,造成運(yùn)輸機(jī)拉回頭煤;3)由于工作面超前壓力大,端頭及超前支架多處鋼板變形;4)U型棚上下幫的側(cè)壓不一樣,且超前回棚時(shí),又人為加劇兩幫壓力不均,造成超前及端頭支架歪斜。
由于以上原因,7煤工作面日產(chǎn)3~4刀,端頭支架操作制約了工作面的進(jìn)度,為此,經(jīng)礦研究,再進(jìn)行一次改造:拆除機(jī)巷上幫一組端頭及超前架,下幫一組移至巷中;經(jīng)過(guò)4個(gè)小班的緊張施工,拆除工作順利完成。9月份后,工作面的生產(chǎn)日漸提高,日產(chǎn)以達(dá)到6刀以上水平。
隨著綜采技術(shù)的發(fā)展,綜采工作面端頭頂板事故雖逐年減少,但綜采工作面事故率及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度仍居高不下,改善綜采工作面端頭及超前的支護(hù)狀況,實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效和提高安全程度顯得尤為重要,所以端頭及超前管理既是頂板維護(hù)的重點(diǎn),又是頂板管理的難點(diǎn)。
此套支架已成功的在我礦7135工作面使用,強(qiáng)大的支撐力及支護(hù)強(qiáng)度,不僅克服了中組煤大地壓的問(wèn)題,也平衡了巷道的側(cè)壓力,確保了工作面下出口巷道的通暢,實(shí)現(xiàn)了綜采工作面機(jī)頭在困難條件下的安全、快速推進(jìn),為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,也為我礦10煤及中組煤機(jī)、風(fēng)巷端頭支護(hù),提供了有力實(shí)踐證明,也為兄弟礦井類(lèi)似綜采工作面提供了有價(jià)值的參考。