魯國芹，王翔，楊玲

（河北天擇重型機械有限公司，河北邯鄲056200）

0 引 言

目前，我國煤礦井下綜采工作面的超前段支護方式大致有兩種：π 型鋼梁與單體液壓支柱相配合液壓支架；邁步自移式超前液壓支架。前者需占用行人空間，鋼梁和單柱依靠人工搬運，存在勞動強度大、工作效率低、支護強度有限，拆移過程中存在較多安全隱患等缺點；后者在移架過程中對巷道頂板反復支撐易造成頂板破碎，且移動速度較慢導致端頭空頂時間長，隨著開采深度的增加，頂板破碎程度、下沉速度和變形幅度等礦壓作用逐步凸顯，可能出現(xiàn)巷道頂板壓死超前支架的現(xiàn)象，采用人工放頂、臥底等應對措施不僅耗費人力、物力，還浪費大量工作時間，超前支架撐不住、移不動，對生產(chǎn)帶來極大影響。因此，迫切需要研制一種安全高效且適合巷道壓力大的超前支護設備。

1 超前支護成套設備的研發(fā)

1.1 使用條件

峰峰集團大淑村礦172404 工作面平均走向長度為695.5 m，傾斜長度平均為97 m,傾角平均為14.7°,面積為67 464 m2，工業(yè)儲量為564 674 t，可采儲量為463 032 t。上巷采用錨網(wǎng)索支護，矩形巷道，巷道規(guī)格為4 m×4 m。

1.2 主要技術參數(shù)

1）ZQ1800/19/40 門式超前支架架型為門式超前支架；高度為190～4000 mm；頂梁寬度為500 mm；中心距為800 mm；初撐力為1603 kN（P=31.5 MPa）；工作阻力為1800 kN（P=35.4 MPa）；支護強度為0.4 MPa；泵站工作壓力為31.5 MPa。

2）支架運輸車軌距為1000 mm；軸距為1500 mm；輪徑為φ200 mm。

3）運輸車軌道及安裝架，輕軌型號為22 kg/m；軌道規(guī)格為800 mm/根；軌道長度為30 000 mm。

1.3 設計特點

綜放工作面回風巷支護成套設備的結構型式如圖1所示。

圖1 回風巷支護成套設備

1.3.1 門式超前支架主要結構

1）門式超前支架由2 根伸縮式立柱與頂梁兩端固定連接形成門式結構，立柱上端與頂梁固定連接且底端固定安裝有底靴；2）頂梁由主梁和2 個伸縮梁組成，主梁和伸縮梁均為空心箱體，主梁兩端套裝有伸縮梁；3）主梁和伸縮梁通過2 根伸縮千斤頂連接，伸縮千斤頂兩端分別固定在主梁和伸縮梁箱體內(nèi)壁上，通過伸縮千斤頂可使頂梁縮短，便于運輸；4）立柱底靴采用箱型結構；5）頂梁兩端連接護板可旋轉(zhuǎn)90°, 用銷軸機械固定；6）頂梁上部焊接防滑條，便于放置枕木，頂梁箱體下方焊接掛鉤。

1.3.2 支架運輸車主要結構

1）支架運輸車主要由行走輪、車盤、升降千斤頂、導向筒和承重平臺組成。

2）支架運輸轉(zhuǎn)動端與承重平臺連接，承重平臺由上下兩部分組成，設有軸承與軸配合的旋轉(zhuǎn)機構，上部承重板可通過旋轉(zhuǎn)機構旋轉(zhuǎn)360°。

1.3.3 軌道

1）輕軌。選用22 kg 輕軌，每段輕軌長度為800 mm,輕軌兩端鉆孔，便于與軌道組件連接。

2）軌道組件。軌道組件分A、B 兩種：A 型數(shù)量較多，將輕軌放置于軌道組件內(nèi)，使用高強螺栓接輕軌與軌道組件。B 型軌道組件共2 件，組件兩端焊接圓槽，便于打點支撐，軌道組件中間焊接耳板，可以安裝開口滑輪或鎖具卸扣，便于下坡運輸時限位。另外，軌道鋪設前應先清理巷道底板，巷道底板的走向傾角應不大于10°。

2 超前支護成套設備的應用

超前支護成套設備的工作面應用情況如圖2 所示。

2.1 操作

1）將門式超前支架按間距800 mm 在需要支護的25 m 長回風巷道內(nèi)完成支護，支護完畢需要轉(zhuǎn)移至下一支護點時，將支架運輸車沿軌道移動到門式支架下，控制支架運輸車中升降千斤頂活塞桿伸出，將旋轉(zhuǎn)平臺升起至其托住超前支架中主梁，控制伸縮梁收回，控制立柱收回，放松主梁，使門式支架整體落在支架運輸車中的旋轉(zhuǎn)平臺上，控制升降千斤頂降至合適位置，人力轉(zhuǎn)動超前支架中立柱，由于支架運輸車中軸承的旋轉(zhuǎn)，使門式超前支架在巷道中豎向放置避免在運輸過程中與巷道側壁碰撞。

2）絞車牽引支架運輸車在軌道上行走，支架運輸車托著超前支架移動至下一支護點。

3）支架運輸車行走的同時，靠人力拆卸一節(jié)軌道，隨支架運輸車一同運送至下一支護點。

4）靠人力將超前支架旋轉(zhuǎn)成橫向放置，對正需要支護的位置，控制支架運輸車中升降千斤頂活塞桿伸出至超前支架中主梁接觸巷道頂板，伸縮梁伸出，控制立柱伸開，直至柱靴接觸地面且主梁完全撐住頂板，支架運輸車中升降千斤頂活塞桿收回，使旋轉(zhuǎn)平臺與超前支架中的主梁分離，便可進行該支護點的支護工作。

按上述操作順序完成該超前支護系統(tǒng)的循環(huán)工作。

圖3 超前支護成套設備移架狀態(tài)模擬演示

2.2 技術關鍵及創(chuàng)新

1）門式超前支護成套設備，化整為零，移架方式采用運輸車配合軌道逐架前移，較傳統(tǒng)超前支護方式具有結構簡單、安裝方便、移動靈活、安全系數(shù)高、推進速度快、勞動強度低等優(yōu)點。

2）每臺門式超前支架為獨立支撐單元，避免大面積反復支撐頂板，保證應力集中區(qū)頂板的完整性。

3）運輸車的承載平臺通過千斤頂調(diào)節(jié)高度且360°自由旋轉(zhuǎn)，提高了支護設備移設的安全性，便于搬運。

4）運輸軌道為可拆卸式，拆裝方便，隨支護設備一同前移，在超前支護段前端循環(huán)鋪設，從而實現(xiàn)了復雜地質(zhì)條件下的快速移架。

3 結 語

工作面使用超前支護成套設備后，大幅減少了超前支護的工作量，每班超前支護、切頂排放頂和推移工作面溜子機頭由原來的6 人作業(yè)減少為2～3 人作業(yè)，每班可節(jié)約3～4 個用工。按每天節(jié)約用工6 個，每工年平均工資6 萬元計算，每年可節(jié)約人工工資36 萬元。

超前支護成套設備結構簡單，便于安裝和拆卸，安全系數(shù)高，減少人工抬運點柱的工作量，減輕工人勞動強度，降低掛梁期間人員高空作業(yè)的風險，使用支架運輸車的移架方式，有效解決交替移步式超前支架對巷道頂板的反復支撐問題。使用超前支護成套設備配合新型采煤工藝，移架簡單，在生產(chǎn)過程中即可完成超前支架的移設,降低工作面人工成本，為煤礦工作面超前支護提供新思路、新方法。