白永昱

(晉能控股集團(tuán) 忻州窯礦，山西 大同 037003)

塔山礦特厚煤層綜放開(kāi)采過(guò)程中，在采場(chǎng)及超前支承壓力的作用下，兩巷超前段礦山壓力顯現(xiàn)劇烈，特別是臨空巷道，原設(shè)計(jì)斷面為高×寬=3.7 m×5.2 m，受壓變形后，頂?shù)装逡平吭?.3～1.2 m，兩幫移近量在0.2～0.8 m。傳統(tǒng)的臨空巷超前支護(hù)采用“三梁三柱”的單體柱+花梁形式，在超前50 m范圍布置3排單體柱，共計(jì)126根。但使用單體柱也存在一些問(wèn)題：第一，由于單體柱的支護(hù)強(qiáng)度較低，在超前支承壓力的作用下，超前段頂板易發(fā)生下沉破壞；第二，反復(fù)支柱和撤柱的過(guò)程易導(dǎo)致頂板的破碎，易發(fā)生尾巷安全出口不暢通，甚至局部冒頂?shù)仁鹿剩坏谌?，支回柱過(guò)程存在眾多不安全因素，花梁跌落、液管傷人、單體柱擠人等事故影響安全生產(chǎn)；同時(shí)，回撤單體柱體力勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗工費(fèi)時(shí)。由此分析，傳統(tǒng)的尾巷超前段支護(hù)形式亟需改進(jìn)革新[1-2]。

1 超前支護(hù)門式支架研發(fā)和改進(jìn)

為了改變傳統(tǒng)單體支柱超前支護(hù)存在的不足，研制了一種新型的臨空巷超前支護(hù)門式支架，定義型號(hào)為ZLC2×1410/26.5/41.5。該支架由1根橫梁、兩根立柱、鏈條及其配件等組成，見(jiàn)圖1。

圖1 超前支護(hù)門式支架示意(mm)

立柱規(guī)格為D200/D160 mm，行程為1 500 mm，采用外進(jìn)液方式，工作阻力為1 410 kN。橫梁長(zhǎng)度4 400 mm，寬度400 mm，高度400 mm，每根橫梁與兩根立柱通過(guò)銷軸連接組成，橫梁中下部的下表面布置有定位卡齒。為保證支護(hù)裝置對(duì)頂、底板的適應(yīng)性，立柱底部設(shè)有圓形托盤(直徑為500 mm)，托盤與立柱底部采用球形鉸接。每個(gè)門式支架與相鄰架間用礦用圓環(huán)鏈條相互拉緊連接，防止支架傾倒。

在開(kāi)采過(guò)程中，尾巷頂板易發(fā)生兩幫不均勻沉降，為提高門式支架對(duì)不同頂板條件的適應(yīng)性，針對(duì)門式支架存在接頂不嚴(yán)實(shí)、支護(hù)不完整等問(wèn)題，在每個(gè)支架橫梁長(zhǎng)軸的側(cè)面加裝了4套二級(jí)伸縮油缸系統(tǒng)，并焊接了尺寸為550 mm×350 mm的30 mm鋼板，作為門式支架的輔助強(qiáng)化支撐裝置。當(dāng)超前段巷道的兩幫下沉量相差較大時(shí)，將接頂不嚴(yán)實(shí)側(cè)的二級(jí)伸縮油缸升起，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的完整支護(hù)。

2 超前支架的搬運(yùn)

2.1 支架搬運(yùn)車輛

由于超前支護(hù)門式支架單架重量為3.05 t，移架時(shí)，支架采用WC3Y(B)型防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸，該膠輪車是一種新型運(yùn)輸車輛，以防爆柴油機(jī)為動(dòng)力，運(yùn)行速度5.2～14 km/h，裝備了帶有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的升降平臺(tái)，上表面布置有定位卡齒，能夠與門式支架橫梁下表面的定位卡齒相互咬合，保證支設(shè)及回撤運(yùn)輸時(shí)的穩(wěn)定性，見(jiàn)圖2。

圖2 門式支架現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.2 支架支設(shè)和搬運(yùn)

在支設(shè)門式支架時(shí)，使用防爆膠輪車將支架橫梁托住，并收回立柱，通過(guò)該車的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)將支架旋轉(zhuǎn)一定角度，運(yùn)送至需重新支設(shè)的位置后升起立柱，當(dāng)超前段巷道的兩幫下沉量相差較大時(shí)，將接頂不嚴(yán)實(shí)側(cè)的二級(jí)伸縮油缸升起，保證接頂嚴(yán)實(shí)，支架時(shí)可以使用車輛自帶的液壓系統(tǒng)對(duì)支架立柱進(jìn)行打壓升緊，此為支設(shè)的一個(gè)完整工作循環(huán)。為保證撤架時(shí)，單跨門式支撐裝置能在升降平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上轉(zhuǎn)動(dòng)到位，單跨門式支撐裝置的排距設(shè)為1 800 mm±100 mm；超前支護(hù)共使用30架單跨門式支撐裝置對(duì)巷道進(jìn)行長(zhǎng)度50 m超前支護(hù)。

2.3 支架搬運(yùn)車改進(jìn)

針對(duì)防爆膠輪車自帶的乳化液箱容積較小不能很好滿足支護(hù)需要的問(wèn)題，從工作面尾端頭支架布設(shè)1趟高壓液管，使用從乳化液泵站提供的高壓動(dòng)力，配套門式支架的快速接頭，可實(shí)現(xiàn)快速支撤。針對(duì)門式支架重量大的問(wèn)題，在平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)四周加焊了16 mm的板材，加固了膠輪車旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，提高了防爆膠輪車的承載力，確保使用過(guò)程中的安全穩(wěn)定性能。

3 應(yīng)用效果

ZLC2×1410/26.5/41.5型超前支護(hù)門式支架在塔山礦C3-5號(hào)層8222工作面應(yīng)用效果較好，巷道頂?shù)装搴蛢蓭妥冃瘟坑稍瓉?lái)最大1 m減小至0.3 m，保證工作面出口的暢通。同時(shí)可為每個(gè)生產(chǎn)班節(jié)省支護(hù)工4名，每年約節(jié)資108萬(wàn)元，節(jié)約單體支護(hù)材料費(fèi)用成本約200萬(wàn)元。該支架的應(yīng)用不僅從根本上杜絕了單體柱擠人、花梁跌落傷人等事故，同時(shí)提高了超前支護(hù)的效率，省時(shí)省工，提高了安全生產(chǎn)工作效率。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用比較，無(wú)反復(fù)支撐門式支架相比于傳統(tǒng)的單體液壓支柱優(yōu)勢(shì)顯著，具體為：

1) 超前支護(hù)強(qiáng)度高，單架支架工作阻力為1 410 kN×2，超前50 m范圍內(nèi)門式支架的支護(hù)強(qiáng)度為0.33 MPa，是單體柱支護(hù)強(qiáng)度的5.8倍。

2) 超前支護(hù)支設(shè)與回撤的全部工藝流程均由機(jī)械操作完成，機(jī)械化程度達(dá)100%，大大降低了支護(hù)工的勞動(dòng)強(qiáng)度，支護(hù)速度及效率均有大幅提升。

3) 門式支架屬于無(wú)反復(fù)支撐裝置，杜絕了單體柱多次升降柱對(duì)頂板的二次破壞，增強(qiáng)了頂板的完整性，保證安全出口的暢通。

4) 應(yīng)用門式支架從根本上杜絕了支護(hù)工支回單體柱發(fā)生的砸腳碰手、單體柱擠人、花梁跌落傷人等事故，顯著提高了超前支護(hù)的安全性。

5) 由于門式支架跨度近4 m，為工作面形成了運(yùn)送物料及進(jìn)出大件設(shè)備的快速通道。加上無(wú)軌膠輪車的配合，對(duì)于綜采設(shè)備大件的更換十分有利，避免了以往進(jìn)出大件把單體全部回撤的麻煩，安全便捷。