蘇林軍，佟 友

天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部 北京 100013

鐵煤集團大興礦(以下簡稱“大興礦”)2019 年產(chǎn) 240 萬 t，井田位于鐵法煤田的西南角，火成巖侵入及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層破壞程度嚴重[1-2]。受火成巖影響，煤層瓦斯含量大幅增加[3-4]，滲透性能差，力學(xué)強度低，煤的含水率低，自然發(fā)火期較短，是煤與瓦斯突出礦井。在采煤過程中，防治自然發(fā)火是重中之重，綜采設(shè)備在設(shè)計初期未考慮實施滅火的操作空間，為此，筆者提出通過改造綜采設(shè)備增加實施滅火的操作空間，降低出現(xiàn)自然發(fā)火災(zāi)害時防治的難度，保證采煤安全。

1 工作面及主要配套設(shè)備情況

大興礦 N1-708 工作面，煤類為氣煤，煤層厚度為 1.22～3.96 m，一般為 3.4 m，工作面配備 ZY6400/23/47 型液壓支架，由于受 4-2 與 7-2 煤層之間火成巖侵入體的影響，7-2 煤層局部有可能被吞蝕或是變質(zhì)形成天然焦。

煤層垂直節(jié)理發(fā)育，走向近東西，煤層呈黑色，由暗亮煤組成，條帶結(jié)構(gòu)。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有夾石，一般在 0.05 m 左右，巖性以泥巖、粉砂巖為主，硬度較小。自然發(fā)火期為 1～3 個月，較短，煤塵爆炸指數(shù)為 28.79%。

工作面主要配套設(shè)備為：中部支架為 Z Y 6400/23/47 型掩護式液壓支架；過渡支架為 ZYG 6400/23/47 型掩護式過渡液壓支架；刮板輸送機為 SGZ1000/2×700 型刮板輸送機；采煤機為MG650/1620-WD 型電牽引采煤機。

2 液壓支架的改造設(shè)計

2.1 液壓支架改造必要性

ZY6400/23/47 型掩護式液壓支架中心距為 1.5 m，如圖 1 所示，支架寬度為 1.43～1.60 m。正常情況下，收回支架頂梁及掩護梁側(cè)護板，架間理論最大間隙為 70 mm，向頂板及采空區(qū)鉆孔、灌漿等沒有操作空間，不能充分實施滅火措施，若工作面出現(xiàn)自然發(fā)火，滅火工作開展起來十分困難。井下作業(yè)人員嘗試在拉架過程中，采用支撐千斤頂將相鄰兩支架支撐開來，加大相鄰支架間隙，留出操作空間，但是實際效果很差。因為支架前端通過推桿與刮板輸送機鉸接定位，后部在向兩側(cè)動作時又有其他支架限制，當支架支撐間隙達到 100 mm 左右后就很難增加，該間隙遠遠滿足不了鉆孔、灌漿對操作空間的需求，欲通過液壓支架改造來增大支架間的間隙，進而滿足鉆孔、灌漿對操作空間的需求。

圖1 改造前支架間隙示意

2.2 液壓支架改造思路

ZY6400/23/47 型掩護式液壓支架為雙側(cè)活動側(cè)護板結(jié)構(gòu)，改造后的支架采用偏置設(shè)計，將支架左側(cè)加寬 270 mm 并改為固定側(cè)護板，支架頂梁寬度達到 1.67 m，安裝活動側(cè)護板后支架寬度為 1.70～1.87 m，如圖 2 所示。在頂梁后端增加 200 mm×300 mm天窗，掩護梁前端設(shè)置 210 mm×600 mm 天窗，為使正常采煤過程中不漏貨，用鉸接形式安裝封閉窗口。

圖2 改造后支架間隙示意

改造支架頂梁并將掩護梁加寬 270 mm 后，支護強度由原來的 0.87～0.93 MPa 調(diào)整為 0.73～0.78 MPa，由于工作面每 10 架普通支架配備 1 架改造支架，即每隔 15 m 配置 1 架改造支架，雖然改造支架的支護強度有所下降，但由于改造支架在整個工作面所占的比例較小，基本能滿足大興煤礦工作面的支護需要。

2.3 液壓支架的改造

按照該方案進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并試驗改造 1 架支架，實現(xiàn)了預(yù)想的基本功能：預(yù)留作業(yè)空間。但是實際開合窗口操作時，存在極大的安全隱患。支架支護高度為 3.2～4.5 m，從底座蓋板到頂梁及掩護梁封閉窗口距離為 2.7～4.0 m，沒有輔助支架無法拆下一側(cè)鉸接銷軸。此操作至少需要兩人同時作業(yè)，一人開合活動窗口(活動窗口質(zhì)量至少 15 kg)，一人拔開插銷。增加輔助支架后，操作人員站在窗口下方，開合過程中從天窗孔下落的煤塊等可能對操作工人造成人身傷害?；谝陨显?，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了二次改進。

將天窗開合由手動改為液壓操作，窗口設(shè)計成伸縮滑窗模式。在側(cè)板和主肋板上設(shè)置滑道，將滑窗安裝在滑道內(nèi)，并通過伸縮千斤頂推拉滑窗開合窗口。操作者僅需要在液壓支架的安全操作空間內(nèi)操作換向閥手柄即可開合窗口，動作簡單，無安全隱患。該方案最大的難度在于加寬側(cè)僅 300 mm 寬，既要保留滑道動作空間，又要預(yù)留千斤頂安裝位置，另外由于加寬支架不可避免使支架偏載，還要使改造部分有足夠強度。對加寬部分進行了強度計算，將加寬部分頂板與頂梁及掩護梁原頂板搭接 100 mm，滑動天窗設(shè)計成不可拆卸結(jié)構(gòu)。頂梁天窗處在立柱支護區(qū)域，受到的壓力最大，為保證強度，在立柱支撐前端封閉固定側(cè)護板箱體，增加抗扭、抗壓強度，提高抗變形能力。

2.4 焊接和安全性

為了保證改造支架結(jié)構(gòu)件焊接強度，清除煤泥后，采用噴砂的方法對結(jié)構(gòu)部件進行除銹、除漆處理。在固定側(cè)護板及滑道結(jié)構(gòu)裝配組對時，必須保證加寬頂板與原頂板的所有搭接處都能形成連續(xù)焊縫，保證焊接強度。焊接前對焊道進行預(yù)熱，焊后保溫緩冷，消除應(yīng)力。焊接過程中，須控制好焊接參數(shù)，減少變形量，保證滑道運行順暢。

頂梁及掩護梁天窗孔采用液壓操作，開合天窗時，只需要搬動換向閥手柄即可。天窗較長時間不用時，可將滑動天窗上的鎖銷插上固定。改造后的支架達到了使用操作的安全可靠。

3 配套刮板輸送機的改造

根據(jù)配套技術(shù)要求刮板輸送機中部槽長度與液壓支架的中心距保持一致。改造后的液壓支架中心距加大，應(yīng)相應(yīng)地加大與其配套溜槽的長度。配套刮板輸送機原中部槽為 1.5 m，將其與 0.375 m 寬的調(diào)節(jié)槽組焊連接為 1.875 m，如圖 3 所示。配套制作加長銷排，保證了整個工作面的配套和運輸。

4 設(shè)備的配置

工作面每 10 架普通支架，配置 1 架改造支架；每 10 節(jié)普通中部槽，配置 1 架加長中部槽。保證工作面每隔 15 m，有一處可通向頂板及采空區(qū)的打鉆、注水孔。

5 結(jié)語

目前，改造支架已經(jīng)在大興礦 N1-708 工作面投入使用，操作簡單，安全可靠，保障了采空區(qū)埋管間距，方便了埋管時期的拉架操作，更好地保證了埋管質(zhì)量和延接管路操作。通過架間埋管對采空區(qū)充填或注氮氣，有效預(yù)防內(nèi)因火災(zāi)，操作簡便、易行[5-6]。

圖3 改造后的刮板輸送機與液壓支架配套

應(yīng)用加寬支架的采煤工作面，在支架后部對采空區(qū)實施鉆孔充填、注氮、注水等作業(yè)時[7-8]，提供了有效的作業(yè)空間和便利條件。將鉆機架設(shè)在工作面后，可以通過加寬處天窗，直接向目標區(qū)域?qū)嵤┿@孔，與順槽或工作面開鑿專用硐室比較，效果更好。