董躍鵬
(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金塬達(dá)煤業(yè)有限公司,山西臨汾 041000)
由于礦井開(kāi)采工作所處的環(huán)境較為特殊,處處都面對(duì)著水、瓦斯、頂板等自然因素的威脅,因此煤炭行業(yè)需要更加重視生產(chǎn)的安全性。隨著超前支護(hù)液壓的提出,采煤作業(yè)的安全性得到了極大提升,本文針對(duì)應(yīng)用較廣泛的四連桿型交替邁步式超前支護(hù)液壓支架進(jìn)行分析。
為了確保綜采工作面生產(chǎn)的安全性,就必須對(duì)巷道頂板進(jìn)行有效的支護(hù)。我國(guó)最早使用金屬摩擦支柱及木支柱來(lái)支護(hù)綜采工作面的巷道。實(shí)際上,在工作面回采的過(guò)程中,隨著采空區(qū)的不斷增加,上部巖層將逐漸轉(zhuǎn)移至周圍煤巖體的深部,從而在工作面的前部及兩側(cè)分別形成超前及側(cè)向的支承壓力。工作面前方的巷道受到了雙重壓力的疊加作用,并且該區(qū)域所需的設(shè)備較為密集,工作人員的往來(lái)也較為頻繁,是開(kāi)展防護(hù)工作的關(guān)鍵所在[1]。隨著煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展,其技能水準(zhǔn)不斷提升,國(guó)家對(duì)綜采工作面的安全性也越來(lái)越重視,因此超前支護(hù)技術(shù)取得了極大進(jìn)展。早期,我國(guó)主要采用單體液壓支柱加設(shè)板梁或鉸接頂梁、雙排木支柱加設(shè)橫梁3種形式。其中應(yīng)用最多的是單體液壓支柱與鉸接頂梁相結(jié)合的方式,而移架的方式為人工搬運(yùn)。該支護(hù)形式存在較多的不足,如不具備較高的支護(hù)強(qiáng)度及效率、成本費(fèi)用較高等等。隨著綜采工作面中機(jī)械化水平的不斷提升,這種傳統(tǒng)的支護(hù)形式將無(wú)法與現(xiàn)階段的生產(chǎn)模式相匹配,更加難以達(dá)到生產(chǎn)安全性及效益性的要求。通過(guò)我國(guó)研究人員及生產(chǎn)人員的共同努力,設(shè)計(jì)研發(fā)出了超前液壓支架,而隨著該支架的產(chǎn)生,綜采工作面中超前順槽頂板的安全性得到極大提升,并且生產(chǎn)的效果得到提升,成本得到極大降低[2]。
超前支護(hù)液壓支架是基于傳統(tǒng)的單體液壓支柱與鉸接頂梁相結(jié)合的支護(hù)形式而發(fā)展起來(lái)的。與單體液壓支柱相比,該支架在綜采工作面的應(yīng)用則更具優(yōu)勢(shì)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中的規(guī)定:綜采工作面中的所有出口與巷道的相連接部位必須增強(qiáng)支護(hù),并且巷道的長(zhǎng)度必須大于20 m。目前,最常應(yīng)用的四連桿型超前支護(hù)液壓支架存在20 m以上的支護(hù)距離,可以達(dá)到該規(guī)程的要求,并且可以基于巷道的寬度來(lái)設(shè)計(jì)支架的寬度[3]。
目前,四連桿型超前支護(hù)液壓支架是應(yīng)用最廣泛的一種支架,由底座、立柱等部件構(gòu)成,其構(gòu)造如圖1所示。
圖1 四連桿超前支護(hù)液壓支架
為了使巷道行人及運(yùn)輸?shù)男枨蟮靡詽M足,超前支架的頂梁應(yīng)當(dāng)設(shè)置為左右兩個(gè)頂梁,兩個(gè)頂梁之間利用調(diào)架千斤頂相連接,以提高支架的穩(wěn)定性。頂梁內(nèi)外兩側(cè)可以設(shè)置活動(dòng)側(cè)護(hù)板,基于巷道的寬度來(lái)調(diào)整支護(hù)的寬度。頂梁的前后部位可以配置伸縮梁或者挑梁,以此來(lái)增加護(hù)頂?shù)木嚯x。支架底座的結(jié)構(gòu)為分體式,在運(yùn)輸巷道中分別將轉(zhuǎn)載機(jī)和輸送機(jī)安裝在左、右底座的中間,底座上方的推移千斤頂可以利用耳座來(lái)連接轉(zhuǎn)載機(jī)。在移架的時(shí)候,底座與轉(zhuǎn)載機(jī)均為支點(diǎn),依靠推移千斤頂?shù)囊幌盗袆?dòng)作來(lái)完成前進(jìn)工作。斜梁與底座的連接可以利用前、后連桿實(shí)現(xiàn),以此構(gòu)成四連桿裝置,提高支架升降操作的有效性[4]。
與以往單體液壓支柱結(jié)合鉸接頂梁的支護(hù)形式相比,超前支護(hù)液壓支架存在下列幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。
(1)該液壓支架的支護(hù)高度及工作阻力較大,可以實(shí)現(xiàn)大采高綜采及綜放作業(yè)面的使用條件。目前,我國(guó)所應(yīng)用的超前支架存在35 000 kN的阻力,單根立柱的直徑則大于φ300 mm,支護(hù)高度最大為5 000 mm以上。在維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定性的方面具有較強(qiáng)的可靠性,特別是處于巷道周期來(lái)壓的狀況下,控頂?shù)男Ч^好,可以提高巷道維護(hù)工作的有效性。
(2)超前支護(hù)液壓支架所具有的分體式結(jié)構(gòu)可以確保支架在橫向上成為門式而騎在巷道上,通過(guò)頂梁內(nèi)、外側(cè)安裝的護(hù)板及前、后方設(shè)置的伸縮梁來(lái)擴(kuò)大支架護(hù)頂?shù)拿娣e,從而為巷道行人及運(yùn)輸提供更加有效、更加廣闊的空間,促使工作面中的設(shè)備得到較好的維修及更換[5]。
(3)液壓支架技術(shù)日益完善,超前支護(hù)液壓支架可以利用電液控制來(lái)提升支護(hù)工作的自動(dòng)化及機(jī)械化水平。超前支護(hù)液壓支架具備簡(jiǎn)單、便捷的操作,可以降低工作人員的任務(wù)量及工作強(qiáng)度,也可以減少相應(yīng)的人工成本。工作面的推進(jìn)速度不斷提升,進(jìn)而使礦井生產(chǎn)的效率及經(jīng)濟(jì)效益得到極大提升。
隨著超前支護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展,用它取代單體支柱已成為必然趨勢(shì),但是超前液壓支架尚未得到較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用,也不具有足夠的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),依舊存在相應(yīng)的問(wèn)題[6]。
(1)目前所采用的超前支護(hù)液壓支架大多為步進(jìn)式頂梁支護(hù),僅僅依靠底座上方的千斤頂來(lái)推進(jìn),在移架的過(guò)程中,需要完成升降拉等一系列操作。在支架升降的過(guò)程中可以持續(xù)支撐頂板,極易導(dǎo)致頂板出現(xiàn)破碎,因此頂板支撐易破碎的問(wèn)題并未從根本上得到解決,必須對(duì)其進(jìn)行完善,對(duì)“支”與“護(hù)”之間的關(guān)系進(jìn)行研究,盡可能清除超前支架造成的不良影響[7]。
(2)為了科學(xué)設(shè)置行人及設(shè)備的通行空間,超前支護(hù)液壓支架采用了分體式結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)置底座和頂梁,這就對(duì)移架穩(wěn)定性造成了影響。而推移千斤頂與底座之間多利用軸向垂直面上的聯(lián)接頭與耳座相互連接,當(dāng)?shù)鬃谒椒较蛏习l(fā)生位移時(shí),聯(lián)接部位極易受到破壞。因此,推移千斤頂與底座之間采用的聯(lián)接方式需要進(jìn)行深入優(yōu)化改良。
(3)超前支護(hù)液壓支架可達(dá)到20 m的支護(hù)距離,承受了較大的頂板壓力,其結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具備較高的強(qiáng)度、立柱必須具備較大的工作阻力,這就導(dǎo)致支架出現(xiàn)體積過(guò)大、安裝及運(yùn)輸難度較大的問(wèn)題。因此,應(yīng)當(dāng)基于巷道壓力得以滿足的前提下來(lái)設(shè)計(jì)超前支護(hù)液壓支架,盡可能降低支架的重量和零件的體積[8]。
總之,隨著當(dāng)前人們對(duì)生產(chǎn)安全性的重視度越來(lái)越高,各個(gè)行業(yè)都需要堅(jiān)持安全第一的原則。在我國(guó)煤礦的開(kāi)采中,提高安全性、自動(dòng)化及機(jī)械化是其必然趨勢(shì)。針對(duì)目前超前支護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問(wèn)題,進(jìn)一步深入分析現(xiàn)存問(wèn)題,有效解決存在的問(wèn)題,將有助于超前支護(hù)液壓支架的進(jìn)一步積極推廣與應(yīng)用,通過(guò)在礦井生產(chǎn)中科學(xué)、合理地應(yīng)用超前支護(hù)液壓支架,不僅會(huì)更便于煤礦開(kāi)采作業(yè),而且有助于提高煤礦開(kāi)采的安全性。