趙 娜

(晉能控股裝備制造集團(tuán) 煤炭技術(shù)裝備有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046204)

綜放工作面端頭是指煤礦井下綜放工作面與進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷的交接處，是工作面實(shí)現(xiàn)采煤、運(yùn)輸、支護(hù)、通風(fēng)的關(guān)鍵點(diǎn)，這里設(shè)備布置密集，互相搭接緊湊，同時(shí)要兼顧行人、通風(fēng)要求，簡(jiǎn)稱(chēng) “三角區(qū)”。是受采動(dòng)影響最大，礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板無(wú)支護(hù)空間大，所以端頭既是頂板維護(hù)的重點(diǎn)，又是頂板管理的難點(diǎn)。端頭管理和支護(hù)的好壞，是決定工作面能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作面安全程度的關(guān)鍵。目前潞安化工集團(tuán)各礦井主要有以下幾種支護(hù)技術(shù)和支護(hù)裝備。

1 端頭支護(hù)技術(shù)及其組成

1) 采用π型頂梁、大板配合單體支柱進(jìn)行支護(hù)。該支護(hù)方式為潞安化工集團(tuán)巷道普遍支護(hù)方式，常用π型梁規(guī)格，斷面100 mm×95 mm，長(zhǎng)度4.6 m，20 kg/m，重量約100 kg，單體柱DW-45/110,最大高度4.5 m,重量約120 kg，巷道斷面通常采用“一梁三柱”支護(hù)方式，沿巷道走向間距800 mm。遇頂板破碎時(shí)單體柱更密集，在工作面回采過(guò)程中需不斷對(duì)π型頂梁、大板、單體柱進(jìn)行回撤操作，滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)任何工作面巷道條件，對(duì)巷道斷面寬度高度沒(méi)有要求，對(duì)設(shè)備動(dòng)作沒(méi)要求；

缺點(diǎn)：支護(hù)強(qiáng)度低，底板較軟時(shí)單體液壓支柱鉆底量大，回撤困難，對(duì)于頂板壓力較大的煤層，又容易卸壓，造成三角區(qū)頂板下沉；同時(shí)支護(hù)速度慢，制約了采煤工作面推進(jìn)速度，難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效；全部采用人工進(jìn)行支護(hù)和回撤工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大，成本高、安全性差[1]。

2) 采用端頭副架配合大板、單體柱進(jìn)行支護(hù)。潞安化工集團(tuán)主體礦井運(yùn)輸巷端頭廣泛使用這種支護(hù)方式，如圖1所示，巷道頂板用大板護(hù)頂，巷道里幫煤壁由端頭副架替代單體柱對(duì)大板進(jìn)行支護(hù)，端頭副架固定在裝載機(jī)靠近煤壁里幫一側(cè)，跟隨轉(zhuǎn)載機(jī)一起移動(dòng)，與過(guò)渡支架形成邁步移動(dòng)，煤壁外幫繼續(xù)使用單體柱支護(hù)。能夠保證端頭區(qū)域有效作業(yè)空間，滿(mǎn)足通風(fēng)和人員安全操作要求。

圖1 巷道斷面支護(hù)方式

1.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖2所示，端頭副架主要由前頂梁、后頂梁、尾梁、底座、護(hù)罩、立柱、尾梁千斤頂?shù)冉M成。

圖2 端頭副架架型及布置

其中，前立柱、中立柱支撐的前頂梁對(duì)前部刮板輸送機(jī)形成有效支護(hù)，保證機(jī)頭上方頂板穩(wěn)定，滿(mǎn)足作業(yè)空間要求，中立柱、后立柱支撐的后頂梁形成有效行人通道空間，底座、護(hù)罩將前、中、后立柱固定到轉(zhuǎn)載機(jī)側(cè)面防止端頭副架傾倒。立柱連接采用柱窩結(jié)構(gòu)形式，連接銷(xiāo)軸不受力。

優(yōu)點(diǎn)：端頭副架簡(jiǎn)單便捷，隨轉(zhuǎn)載機(jī)同步移動(dòng)；降低了單體柱支護(hù)大板經(jīng)常脫落風(fēng)險(xiǎn)，保證了大板對(duì)巷道頂板持續(xù)有效的支護(hù)。

缺點(diǎn)：端頭副架頂梁、尾梁重量大，底座重量輕，形成頭重腳輕結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，同時(shí)頂梁梁體跨度大強(qiáng)度弱，容易彎曲；煤壁外需結(jié)合單體柱進(jìn)行支護(hù)。

1.2 典型架型

潞安化工集團(tuán)端頭副架典型架型為ZT2200/24/38型，工作阻力2 200 kN、最大高度3 800 mm滿(mǎn)足絕大多數(shù)礦井的巷道高度要求。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 ZT2200/24/38主要支架技術(shù)參數(shù)

2 使用邁步自移式端頭支架

隨著綜放技術(shù)的不斷完善和提高，綜放工作面機(jī)械化、自動(dòng)化進(jìn)程不斷加速，綜放工作面端頭支架的應(yīng)用顯得尤為重要, 根據(jù)采面的地質(zhì)條件、煤層傾角和厚度等綜合因素考慮，選取合適的端頭支架技術(shù)參數(shù)，為提高綜采工作面的安全性和可靠性創(chuàng)造有利條件，是提高綜采工作面安全、高產(chǎn)和高效的重要途徑。潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)、古城煤礦、余吾煤業(yè)均使用邁步式端頭支架。

綜放工作面端頭支架在工作面三機(jī)配套時(shí)進(jìn)行端頭支架配套，預(yù)留設(shè)備安裝空間及連接方式。端頭支架具備有效的移架、防倒、護(hù)頂、調(diào)架功能，布置在運(yùn)輸巷轉(zhuǎn)載機(jī)兩側(cè)，支架采用兩根推移油缸以轉(zhuǎn)載機(jī)為支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自移，必要時(shí)推移轉(zhuǎn)載機(jī)。有效維護(hù)端頭作業(yè)空間，并具有遮護(hù)轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾功能。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖3所示，綜放工作面運(yùn)輸巷端頭支架常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為中置式八柱兩架一組結(jié)構(gòu)形式，左、右兩架對(duì)稱(chēng)布置以適應(yīng)左右工作面使用。支架主要由前梁、頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿、底座、側(cè)幫板、連接桿、立柱、推移千斤頂、前梁千斤頂、側(cè)幫千斤頂、防倒千斤頂?shù)冉M成。

圖3 端頭支架架型及布置

前端采用鉸接前梁結(jié)構(gòu)以適應(yīng)前端頂板起伏，頂梁、底座整體長(zhǎng)度較大，為保證支架的運(yùn)輸方便，更好的適應(yīng)巷道頂?shù)装鍡l件，頂梁、底座設(shè)計(jì)為鉸接結(jié)構(gòu)，頂梁分為前頂梁、中頂梁、后頂梁三部分，底座分為前底座、中底座、后底座三部分，前、后部均有四連桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，確保支架前后水平位移穩(wěn)定性。

如圖4所示，支架頂梁兩側(cè)設(shè)置側(cè)幫板，能夠更好的支護(hù)頂板，防止矸石掉落，側(cè)幫板能夠隨時(shí)收回或拆除適應(yīng)支護(hù)巷道斷面尺寸的變化；頂梁處設(shè)置三組防倒千斤頂，防止支架移架過(guò)程的歪斜，頂梁調(diào)架千斤頂處連接耳與梁體距離加大，保證左右支架在高低落差較大時(shí)調(diào)架千斤頂不受力。

圖4 端頭支架斷面布置 表2 ZT25000/25/55型支架主要技術(shù)參數(shù)

優(yōu)點(diǎn)：端頭支架完全代替單體柱，機(jī)械化程度高，支護(hù)強(qiáng)度高，安全性高，可靠性強(qiáng)，性能優(yōu)越，護(hù)頂面積大，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的完全支護(hù)；

缺點(diǎn)：支架重量大，對(duì)頂板重復(fù)支護(hù)次數(shù)多，容易造成頂板破碎垮落，頂?shù)装鍡l件惡劣時(shí)拉架困難。

2.2 典型架型

潞安化工集團(tuán)端頭支架典型架型為古城礦ZT25000/25/55型端頭支架，工作阻力25 000 kN、最大高度5 500 mm主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

序號(hào)項(xiàng)目名稱(chēng)參數(shù)1支架最低高度2 500 mm2支架最大高度5 500 mm3支架初撐力20 267 kN4支架工作阻力25 000 kN5支架安全閥壓力38.9 MPa6支架支護(hù)強(qiáng)度約0.65 MPa7支架泵站壓力31.5 MPa8支架移架步距800 mm9支架操作方式手動(dòng)操作10立柱型式雙伸縮11立柱缸徑D320/D230 mm12立柱柱徑D295/D210 mm13立柱行程2 860 mm14立柱初撐力2 533 kN15立柱工作阻力3 125 kN

3 新型門(mén)式支架支護(hù)

該架型是山西天地煤機(jī)裝備公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，用于工作面回風(fēng)巷道支撐，避免對(duì)頂板的重復(fù)支撐，不破壞頂板錨桿、錨索，但需要專(zhuān)用支架搬運(yùn)車(chē)進(jìn)行移架。如圖5所示。

圖5 門(mén)式支架

門(mén)式支架采用兩柱一梁框架式結(jié)構(gòu)，支架的支護(hù)長(zhǎng)度可根據(jù)巷道寬度設(shè)計(jì)，架間距0.8～1.5 m；縱向布置巷道的兩排錨桿之間，實(shí)現(xiàn)巷道超前支護(hù)50～100 m。橫梁前后兩側(cè)通過(guò)圓環(huán)鏈條互相連接，在支護(hù)過(guò)程中可與前后相鄰的單跨支撐裝置相連，形成一個(gè)整體，避免支撐裝置傾斜，保證安全。目前僅在高河能源進(jìn)行試用。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上介紹了幾種不同的巷道端頭支護(hù)方式，隨著集團(tuán)公司提高礦井現(xiàn)代化水平，不斷推進(jìn)智能化礦井建設(shè)，對(duì)裝備自動(dòng)化，智能化提出越來(lái)越高的要求，相信會(huì)有更多類(lèi)型的端頭支護(hù)裝備進(jìn)行研發(fā)，投入井下實(shí)際使用，實(shí)現(xiàn)煤礦井下少人安全、無(wú)人安全的安全理念，同時(shí)提高工作面推進(jìn)速度，更好實(shí)現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效。