董躍鵬

（山西煤炭運銷集團(tuán)金塬達(dá)煤業(yè)有限公司，山西臨汾 041000）

0 引言

由于礦井開采工作所處的環(huán)境較為特殊，處處都面對著水、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。

1 我國超前液壓支架發(fā)展?fàn)顩r

為了確保綜采工作面生產(chǎn)的安全性，就必須對巷道頂板進(jìn)行有效的支護(hù)。我國最早使用金屬摩擦支柱及木支柱來支護(hù)綜采工作面的巷道。實際上，在工作面回采的過程中，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，工作人員的往來也較為頻繁，是開展防護(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，國家對綜采工作面的安全性也越來越重視，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。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。通過我國研究人員及生產(chǎn)人員的共同努力，設(shè)計研發(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]。

2 超前支護(hù)液壓支架應(yīng)用分析

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。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設(shè)計支架的寬度[3]。

2.1 支架組成

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)置為左右兩個頂梁，兩個頂梁之間利用調(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)置活動側(cè)護(hù)板，基于巷道的寬度來調(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，以此來增加護(hù)頂?shù)木嚯x。支架底座的結(jié)構(gòu)為分體式，在運輸巷道中分別將轉(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連接轉(zhuǎn)載機(jī)。在移架的時候，底座與轉(zhuǎn)載機(jī)均為支點，依靠推移千斤頂?shù)囊幌盗袆幼鱽硗瓿汕斑M(jìn)工作。斜梁與底座的連接可以利用前、后連桿實現(xiàn)，以此構(gòu)成四連桿裝置，提高支架升降操作的有效性[4]。

2.2 支架優(yōu)勢

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優(yōu)勢。

（1）該液壓支架的支護(hù)高度及工作阻力較大，可以實現(xiàn)大采高綜采及綜放作業(yè)面的使用條件。目前，我國所應(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)置的伸縮梁來擴(kuò)大支架護(hù)頂?shù)拿娣e，從而為巷道行人及運輸提供更加有效、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提升支護(hù)工作的自動化及機(jī)械化水平。超前支護(hù)液壓支架具備簡單、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。

2.3 存在問題

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，但是超前液壓支架尚未得到較長時間的應(yīng)用，也不具有足夠的研發(fā)經(jīng)驗，依舊存在相應(yīng)的問題[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推進(jìn)，在移架的過程中，需要完成升降拉等一系列操作。在支架升降的過程中可以持續(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題并未從根本上得到解決，必須對其進(jìn)行完善，對“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)來設(shè)置底座和頂梁，這就對移架穩(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，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)體積過大、安裝及運輸難度較大的問題。因此，應(yīng)當(dāng)基于巷道壓力得以滿足的前提下來設(shè)計超前支護(hù)液壓支架，盡可能降低支架的重量和零件的體積[8]。

3 結(jié)束語

總之，隨著當(dāng)前人們對生產(chǎn)安全性的重視度越來越高，各個行業(yè)都需要堅持安全第一的原則。在我國煤礦的開采中，提高安全性、自動化及機(jī)械化是其必然趨勢。針對目前超前支護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問題，進(jìn)一步深入分析現(xiàn)存問題，有效解決存在的問題，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，不僅會更便于煤礦開采作業(yè)，而且有助于提高煤礦開采的安全性。